Phoenix's 60kW Induktionsheizer

[Phoenix6478]

Hallo zusammen

Nach einer längeren Pause gibt es von mir mal wieder ein neues Projekt. Ich habe einen großen 60kW Induktionsheizer gebastelt, der mittels PDM (Pulse Density Modulation) geregelt wird. Das bietet viele Vorteile gegenüber der üblichen Regelung mittel Detuning, da es keine zusätzlichen Schaltverluste gibt und permanent ZVS/ZCS gefahren wird. Mir ist es dabei wichtig, das der IH in einem passenden Gehäuse untergebracht ist, weil ich vor habe, ihn für praktische Dinge zu nutzen.

Hier sind die technischen Daten:

• Eingangsleistung bis zu 60 kW

• Leistungsfaktor von etwa 0,9-0,95

• Frequenzbereich von 16-80kHz je nach Arbeitsspule

• Bis zu 500 kVAr Blindleistung im Schwingkreis

• Einstellbarer Schwingkreisstrom von 200-1000ARMS

Der IH basiert auf der Trafogekoppelten-Serienresonanz Topologie:

Hier sieht man den IH als ganzes, inklusive 63A CEE Geräteanbaustecker

Hier ist ein Bild vom gesamten Innenleben:

Der Schwingkreiskondensator kann bis zu 1000ARMS und wurde mit selbstgebauten Wakü-Platten ausgestattet:

Hier ist ein Bild vom Trafo, der aus großen Ferrit-Ringkernen und mit selbstgemachter HF-Litze bewickelt wurde. Der Trafo hat mehrere Abgriffe, um zusätzlich die Leistung anzupassen. Der Trafo ist so ausgelegt, das er auch bei 16kHz und 8:1 Verhältnis noch nicht sättigt.

Auf dem nächsten Bild sieht man den Strom im Schwingkreis. Wenn das Stromlimit erreicht wird hört die Vollbrücke auf den Trafo direkt anzusteuern. Stattdessen wird die Primärspule des Trafos mittels eines IGBTs + Freilaufdiode kurzgeschlossen, damit der Strom abringen kann. Wenn der Strom wieder bis zum Limit abgefallen ist, beginnt die Vollbrücke, den Trafo erneut anzusteuern. Der RMS Strom kann somit von etwa 100-1000ARMS geregelt werden mittels einem Potis.

Hier ist ein Video, in dem ich kurz den IH vorstelle:


Und hier sind ein paar Testvideos




Man kann mit dem IH sogar Stahl schweben lassen und gleichzeitig schmelzen. Das geht mit einer Arbeitsspule, die oben eine umgekehrte Windung hat:


Beste Grüße
Phoenix

[Alexander470815]

Sehr cooles Gerät.
Jetzt musst du nur noch die dreiphasige Leistungsfaktorkorrektur am Eingang nachrüsten

Aus wie viel mm Rohr ist die Workcoil? 6*1mm?

[gamerpaddy]

Fettes teil Oo nice

[axonf]

Hallo und einen schönen Tag, hallo Phoenix das ist ja ein absolutes fettes Teil, das ist ja schon Industrie-mäßig , aber an einem normalen Hausanschuß hängt das ganze sicherlich nicht. Wenn ich mir die Komponenten, Schaltungstopologie und die Verarbeitung so anschaue, merkt man doch das du vom Fach bist. Der kleine Elko kommt sich auf dem großen Schwingkreiskondensator auch etwas verlassen vor und der Netzfilter kommt aus einer anderen Welt, schade nur das man die Brücke nicht richtig sehen kann. Besonders die Schwebeschmelze gefählt mir sehr gut, damit könnte man auch was im Kaltwandtiegel, Skulltiegel schmelzen, absolut professionell. Was hast du eigentlich mit so viel Leistung vor, um ne Handschmelze im Tiegel zu machen, brauchste sicherlich auch noch Wasserstoff zum abdecken, nicht ganz ungefährlich und nen Tiegel aus Graphit, Zirkonoxid. Da bin ich wirklich begeistert von deinem Projekt, und werde ganz klein mit meinen paar KW chen. Viele Grüße von axonf.

[Paul]

Phoenix,

das Setup ist einfach nur ENDS FETT.
Ich stell mir gerade vor, wie irgendwelchen Schmieden im Mittelalter die Augen aus dem Kopf fallen würden, könnten sie deine Videos hier sehen! :

PS:

EDIT: Dein Stromzähler spielt wahrscheinlich währenddessen Frisbee?

Gruß!

[Death]

Krass

[Phoenix6478]

Hallo

Vielen Dank für eure Antworten

@Alexander:

So eine 60kW aktive PFC wäre ein ordentliches Projekt, da ist der IH einfach im Vergleich Der Leistungsfaktor ist aber auch schon so ziemlich gut (bis zu 0.95 bei viel Leistung), weil es da den Bus bereits fast komplett bis auf den 400V 3ph Grundrippel entlädt.

Fürs Cu Rohr habe ich im ganzen IH 8mm OD und 6mm ID.

@axonf:

Der IH hängt derzeit hier an 32A CEE, da kann ich Vollgas leider nur ganz kurz fahren, bevor der LSS kommt. Bald kann ich das Teil aber mal in meiner Uni anheizen, da habe ich 63A CEE zur Verfügung

Hier ist noch ein Bild von der Brücke für dich, sie besteht aus BSM200 IGBTs und einem großen DC Link Folienkondensator, der viel RMS Strom aushalten kann.

Ich würde sehr gerne damit Kupfer schmelzen und kleinere Güsse anfertigen, dazu werde ich mir Grafitschmelztigel besorgen.

@Paul:

Wenn die im Mittelalter den Stahl schweben sehen, würde ich wohl wegen Hexerei angeklagt werden

Leider wurde bei uns der gute alte Ferraris-Zähler inzwischen durch ein Smartmeter ersetzt. Das brummt aber auch immer schön wenn der IH rennt, aber es hält zum Glück bis zu 120A aus

Beste Grüße
Phoenix

[axonf]

Hallo und einen schönen Abend, hallo Phoenix gerne möchte ich mich für das Bildchen von der Brücke bedanken, der Zwischenkreiskondensator, DC Link ist ja schon ne wucht Brumme, schön kann man auch die Drehstrombrücke erkennen. Mal ne Frage was hast du so am Gate direkt verbaut , sind das Zehner oder TVS Dioden. Ich habe auch noch ne schöne Schlachtplatte von ner 150 KW Anlage, da ist noch alles im Orginalzustand zusammen , Zwischenkreis mit 6 x 3300 uf und 4 x Snubber mit 100 uf, auch sitzen da noch die Originalen Gatetreiber IGD von Concept mit drauf. Leider habe ich von Leistungselektronik null Ahnung, würde mir aber gerne mal nen Hochstrom Pulser im Kiloherz Bereich bauen, einen großen Ferritkern hätte ich auch schon, so um 20 Kilogramm. Zu guter Letzt noch ne Schlaumi Frage, was hat es mit der negativen Vorspannung auf sich, mit dem man ein IGBT Brick sicher herunterziehen kann. Da IGBTS doch recht lahm ausschalten, kann es doch immer mal passieren das die Brückenzweige nicht sauber getennt sind, besonders wenn die bösen Transies dazwischen funken, bei ein paar Kiloherzchen ist das vielleicht nicht so tragisch. Noch ein kleiner Tipp von mir, beim umgang mit flüssiger Schmelze ist Sicherheit oberstes Gebot, Visier und Nomex sind da schon angebracht, falls du mal gereinigten Schrott einschmelzen willst, zuerst mal ne Stunde in den Backofen geben, denn jeder Wassertropfen gibt ne kleine Explosion. Viele Grüße von axonf.

[Multi-kv]

Wow - das ist ja ein Hammer-Projekt, Phoenix

Das sieht für mich super professionell aus, wüßte gar nicht wo man da die Bauteile herbekommt.
Auch eine super Verarbeitung. Sehr schön auch das die Arbeitsfrequenz steuerbar ist, dann kannst Du die auf die Größe der Arbeitsobjekte entsprechend anpassen.
Habe mal Hochfrequenzhartlöten in der Industrie als Werkstudent gemacht - hat tlw. bis zu 20 sec. gedauert Arbeitsteile mit bis zu 100-200 g zur Rotglut zu bringen -
da wären sie mit deinem IH schon längst geschmolzen

Und 15 kW Verluste in der Workcoil - damit könntest Du ja in wenigen min. ne Badewanne mit heißem Wasser füllen

[Death]

Wieso mit heißem Wasser füllen ?

Er kann die ganze Wanne mit Wasser drinn zum glühen bringen

[axonf]

Hallo und einen schönen Abend, vielleicht könnte man es auch mal mit der Königsdisziplin, schmelzen von Hafniumkarbid versuchen . Ich denke mal induktiv kann man gerade noch Iridium schmelzen, is halt sau teuer, alles andere muß durch den Elektronenstrahl. Ich habe es mal mit Aluminiumoxid versucht, geht aber normalerweise nur mit Wirkverstärker, Startermaterial , aber als oller Bastler gehts ja auch noch mit knoff hoff. Einen schönnes Wochenende wünscht der axonf.

[kilovolt]

Wow Phoenix, einfach wieder mal mehr als krass, dieses Projekt!!! Denjenigen, welche dich kennen, dürfte bereits aus früheren Projekten von deiner Seite her bekannt sein, dass du leistungsmässig gerne etwas zum Übertreiben neigst, aber das hier schlägt wiedermal alles bisherige Wirklich der Hammer, danke vielmals für's zeigen!

Sicher würde den einen oder anderen hier auch das Schema interessieren, falls es verfügbar ist.

Ein herzlicher Gruss
kilovolt

[axonf]

Hallo und einen schönen Sonntag Abend, hallo Phoenix ich denke es wäre sehr interessant mehr über deine Schaltungstopologie zu erfahren. Dein Setup sucht warscheinlich seinesgleichen im WWW , ich selber habe noch keinen Leistungsfähigeren Aufbau gesehen, da können die billigen China Geräte nicht mithalten. Ich denke deine Schaltung hat noch erhebliche Luft nach oben. Bei Induktionsanlagen ist wegen dem Skin Effekt s doch alles etwas fetter, mit einer sehr großen Oberfäche. Da ist zum Beispiel die Zuleitung zur Koax bei ner 200 KW Anlage aus Kupferblech, mit ca. 1000 Quadrat und dazu noch Wassergekühlt. Ich staune nur, das du mit so kleinen Querschnitten am Matching Transformer eine so große Leistung übertragen kannst. Jetzt bin ich auch etwas angefressen, vom Induktions-Fieber. Schaltungstechnisch habe ich da wenig Ahnung, deshalb werde ich es mal wieder mit ner Gegentakt Halbbrücke und ner bipolaren diskreten komplementären Treiberstufe versuchen, halt eben ungeregelt. Eine gute Nacht wünscht der axonf.

[Phoenix6478]

Hallo

Danke für eure Beiträge

@axonf:

An den Gates sind TVS Dioden verbaut, allerdings habe ich da einen Trick angewandt. Die TVS Dioden werden bei so Sachen im CW Betrieb immer sehr heiß aufgrund deren hoher Kapazität. Um das zu unterbinden habe ich seriell zu den TVS Diode zwei antiparallele Schottkydioden geschalten. Schottky Dioden haben eine sehr kleine Kapazität und dadurch sehen die TVS Dioden viel weniger Spannungshub und bleiben fast kalt. Die Schutzfunktion wird dadurch nicht beeinträchtigt.

Die Größe vom Matching Trafo hängt sehr stark von der Frequenz ab. Je tiefer die Frequenz, desto mehr Kernquerschnitt muss der Trafo haben. Die Kupferquerschnitte die ich habe gehen noch gut, die Primärwicklung ist aus so 20mm2 HF-Litze und die Sekundärwicklung ist aus 8mm Kupferrohr. Ab so 2 bar Wasserdruck wird das ausreichend gekühlt.

@Multi-kV:

Ebay ist bei so Sachen immer sehr hilfreich, da findet man so ziemlich alles wenn man etwas Geduld hat Den Resonanzkondensator habe ich allerdings neu bei Mouser gekauft, die Resokondensatoren von CDE sind echt preiswert verglichen mit anderen Herstellern wie z.b. Celem.

@kilovolt:

Danke, das freut mich sehr Der IH basiert auf einem modifizierten DRSSTC Treiber, einen Schaltplan habe ich dazu gerade nicht, aber die Kernfunktion der Schaltung ist wie bei einer DRSSTC. Im Vergleich zu einem PLL Treiber der auf dem 4046 basiert rennt das echt sehr stabil.

Beste Grüße
Phoenix