Induktionskochfeld - Diplomprojekt

Moin Fede,

Zitat von Fede

ich brauche für mein projekt eine abwandlung eines standard induktionskochfeldes. es soll am ende in der lage sein, eine metallscheibe im durchmesser von max. 6cm zu erhitzen...

das ist zwar definitiv nicht mehr QRP (Verschiebung nach "Off Topic" notwendig?), aber hier hat bisher fast Jeder Hinweise/Antworten bekommen, der freundlich nachfragte... Ich denke, du solltest dein Ziel etwas näher erläutern, denn mir stellt sich z.B. folgende Frage: Warum wird bei diesen Geräten "HF" (ich würde es eher als "VLF" bezeichnen) verwendet? Hat das was mit den EMV-Vorschriften zu tun? Technisch gesehen halte ich es für ungünstig, denn aufgrund des Skinneffekts fliesst der induzierte Strom bei den verwendeten Frequenzen (ca.30kHz?) nur bis zu einer Tiefe von weniger als einem Millimeter in der "Heizplatte". Oder bin ich hier auf "dem Holzweg"?

Zitat von Fede

...kochtopf vorhanden ja/nein...

Wie wäre es, wenn deine Schaltung z.B. jede Sekunde "nachsehen" würde, ob oberhalb der Primärspule "Hitze vorhanden ist"? Ob dazu eine Infrarot-Fotodiode ausreicht, oder ob du ein Thermopile verwenden musst, kann ich dir nicht sagen. Aber vielleicht kannst du mit diesem Hinweis etwas anfangen...

73 de Roland / DK1RM

Hallo Fede,

entsteht das Stromproblem im Leerlauf oder bei Belastung ?
Möchtest Du erkennen ob eine Topf auf dem Induktionsfeld steht, oder möchtest Du die Erkennung umgehen ?
Ich habe die Nachricht eigentlich wie letzteres gelesen.

@Roland
wenn ich das Prinzip so halbwegs verstanden habe resultiert die Erwärmung ja dadurch das ich eine Ummagnetisierung in einem Material
durchführe das für dieses Vorhaben nicht geeignet ist. Deshalb wäre eine deutliche Verringerung der Frequenz nicht produktiv.
Metallgegenstand im Feld lässt sich ja auch über die Stromaufnahme erkunden.

72 de Alois

Hallo Fede,

könntest Du uns mal in den Schaltungsaufbau schauen lassen. Der Link den Du hier eingestellt hattest, hat ja eine Pulsbreitenmodulation die eigentlich dafür sorgen soll das der Strom nicht den Umsatz Deines Energieversorgers zu sehr steigert. Wenn sich also beim leichten Anheben des Topfes die Pulsbreite des Steuersignals nicht ändert, solltest Du da mal forschen.
Wenn ein Topf drauf steht, sollte der Strom ansteigen bzw. die Spannung über der Spule einbrechen. Eines von diesen Ereignissen sollte sich doch auswerten lassen.

72 de Alois

Moin,

@ dl8ram:

Zitat von dl8ram

Der Link den Du hier eingestellt hattest, hat ja eine Pulsbreitenmodulation die eigentlich dafür sorgen soll das der Strom nicht den Umsatz Deines Energieversorgers zu sehr steigert.

Könntest du das bitte nochmal genauer erläutern. Ich sehe keine direkte Strombegrenzung, sondern nur eine Begrezung des Stromanstiegs (u_L = L * di_L / dt). Wie verstehst du den Teil der Schaltung?

Grüße,
Sven

Hallo Sven,

ich habe die Schaltung nicht bis ins letzte untersucht, bin aber davon ausgegangen das der Maximalstrom über die Pulsbreitenmodulation zu begrenzen ist.
Eigentlich warte ich auf den konkreten Aufbau.

72 de Alois

Moin zusammen,
erstmal vielen Dank für die Informationen, wie denn so eine Induktionskochplatte wirklich funktioniert, und warum man es nicht mit Netzfrequenz betreiben kann/sollte.

Fede:
Ich glaube, ich habe erst jetzt verstanden, wo dein Problem liegt: Du möchtest eine existierende (kommerzielle?) Schaltung so umfunktionieren, daß anstatt eines grossen Topfes eine wesentlich kleinere Metallplatte erhitzt wird. Und das aktuelle Problem liegt darin, daß deine Metallplatte nicht als "Topf" erkannt wird, und sich das Gerät somit abschaltet. Ist das so richtig? In diesem Falle ist dein Ansatz, die Geometrie des Magnetfeldes von "flach und breit" auf "lang und dünn" zu verändern, schon absolut richtig. Vielleicht lässt sich da etwas mit einem "Stück Ferritstab" machen, um das Feld zu "konzentrieren"? Aber Vorsicht: Wenn sich Ferritmaterialien überhitzen, zersplittern sie ggf. in sehr scharfkantige Teile, die durch die Gegend fliegen können -> Entsprechende Schutzmassnahmen sind bei diesem Experiment angesagt.

73 de Roland / DK1RM

Hallo Fede,

was das Forum angeht, hättest Du es sicher deutlich schlechter treffen können.
Eine Hilfe wäre mal ein kompaktes Schaltbild Deines Aufbaus zu haben.
Was Du mal versuchen könntest wäre eine Abstandsänderung von der Spule zum Topf.
In Deinem Aufbau hast Du ja versucht die Induktivität auf das Niveau der "Original-Schaltung" zu bringen.
Was sich aber in diesem Aufbau deutlich verändert ist das Feld in dieser Spule.
Die Windungszahl hat sich erhöht, die Fläche verringert und das bei, durch die Schaltung vorgegeben, gleichem Strom.
Ich denke, wenn Du den Abstand etwas erhöhst, könntest Du zumindest den Stromexzess vermeiden.
Ich fürchte aber das Du noch an einigen Parametern schrauben musst bis Dein "Öfchen" optimal funktioniert.
Was mir noch gerade so einfällt, Du könntest mal versuchen den Leistungsteil und den Steuerteil getrennt mit Strom zu versorgen.
Die Versorgungsspannung für den Leistungsteil zu reduzieren gäbe zumindest eine schnell umsetzbare Möglichkeit die dort umgesetzte Leistung zu beeinflussen.

72 de Alois

Hallo Fede,

freut mich das Du Dich hier gut aufgehoben fühlst.

Die Schaltung habe ich gesehen. Da aber Deine Elektronik-Engel das ganze aufgebaut haben, könnten sie auch einige Änderungen durchgeführt haben.

Das Dich die Abstandsänderung und auch die Regelung der Versorgungsspannung für den Leistungsteil nicht auf direktem Weg zu einem marktreifen Produckt bringen ist klar, aber es wäre damit recht schnell abzuklopfen ob es nicht einfach an einer übermäßig hohen Feldliniendichte liegt die den Strom so explodieren lässt. Erst wenn Du dadurch etwas mehr an Informationen gesammelt hast kannst Du auch gezielt gegensteuern.

In welcher Einrichtung befindet sich das Labor ?

72 de Alois

Moin Fede,
so sonderlich genau kann der Schaltplan nicht mit dem von dir verwendetem Gerät übereinstimmen, denn du schreibst von einem LM339, in der Schaltung stecken aber LM139. Oder ist der "339" einfach nur "3x139"? Ausserdem würde es mich bei 1.8kW nicht wundern, wenn eine 4A-Sicherung herausfliegt. Schau doch mal (mit der Herstellerbezeichnung) bei ESI nach, vielleicht gibt es dort ja was. Denn die exakte Schaltung wäre wirklich nützlich, um genauere Aussagen treffen zu können. Die Schaltung, auf die du verweist, ist sowieso schon ziemlich "brutal" (insbesondere die Rückkopplung). Kannst du feststellen, ob deine modifizierte Schaltung überhaupt anschwingt? Denn das wäre ein Grund dafür, dass es mit der originalen Spule funktioniert, mit deiner Modifikation jedoch nicht. Mein aktueller Verdacht: Da du bei deinem Nachbau darauf geachtet hast, die gleiche Induktivität bei veränderter Geometrie zu erzeugen, hast du möglicherweise mehr Draht verwendet -> Höherer Drahtwiderstand, geringere Güte des Schwingkreises -> schwingt nicht mehr... Das könnte den beobachteten Effekt erklären. Nur ohne exakte Schaltung ist das eine reine Vermutung.

73 de Roland / DK1RM

Hallo Roland,

der Unterschied LM139.......339 ist vermutlich in dieser Anwendung nicht von Bedeutung.
http://www.national.com/ds/LM/LM339.pdf
Und Du weist mehr.
Wie die Engel die Schaltung ausgeführt haben wäre da schon von entscheidenderer Bedeutung.
Da der Topf eine richtig böse Bedämpfung darstellt, kann ich nicht so recht an ein Güteproblem glauben,
da sie sonst generell die Funktion in Frage stellen würde.
Mal sehen was Fede uns am Montag an Messergebnissen liefern kann. Im Augenblick stochern wir ja ein bisschen im Nebel.

72 de Alois

Moin,

ich werd mich mal als "Elektronik-Engel" outen.

Die Schaltung aus dem gekauften Kochfeld scheint der Verlinkten weitgehend zu entsprechen. Zumindest konnten wir die Stelle ausfindig machen, an der sich die Leistung über die 0 - 4V regeln lässt. Dort haben wir den 10kohm Widerstand entfernt und durch ein Labornetzteil ersetzt. Damit lässt sich die Leistung bei einem "normalen" Topf auch regeln. Erst wenn der Topf in form der besagten Eisenplatte sehr klein wird, tritt noch ein zweiter Schutzmechanismus in Kraft, der das Kochfeld nur noch gepulst betreibt (periodenlänge 1 bis 2 sec). Diesen zweiten Mechanismus zu finden und zu überbrücken halte ich dann auch langsam für nicht mehr sinnvoll - wer weis was danach kommt....

Daher habe ich entschloßen, die Schaltung doch selbst aufzubauen. Anbei ein erstes Layout und Schaltplan. Den Leistungsteil habe ich noch ausgelassen, dafür würde ich die vorhandene originale Endstufe nutzen wollen.
Mir ist aber gerade Aufgefallen, dass es noch einen Punkt gibt, der so nur mit sehr großen Respekt zu behandeln ist. Die noch nicht fertig angeschloßenen Widerstände oben links im Layout liegen im Betrieb an Netztspannung und sollen ja die Spannung auf weniger gefährliche Spannung runter teilen, ABER wenn wir ein unterbrochene Leitung oder eine kalte Lötstelle an den darunter liegenden Widerständen haben, dann liegt an den Punkten "dadrüber" die |230V~| an. Das kann ich im Labor nicht verantworten -jedanfalls nicht an einem Schaltungsaufbau an dem experimentiert wird.
Es kamm ja schonmal der Einwand, den Leistungsteil mit weniger Spannung zu versorgen. Ich denke, dass ist ein Ansatz den wir verfolgen sollten und die Schaltung auf weniger Spannung, dafür aber auf mehr Strom auslegen sollten. Die frage ist nur, was ist im Leistungsteil dafür zu ändern?

-Die von Fede gewickelte Spule könnten wir schonmal nehmen.
-Die Transistoren sollten mehr Strom liefern können. Transistortreiber sollten identisch bleiben können
-Der Stelltrenntrafo muss auf kleine Spannungen eingestellt werden (Wo Fede dann bei der Präsentation einen geeigneten Trafo herbekommt besorgt muss auch noch überlegt werden)

Ich bin für jede Form von Anmerkung dankbar!

Grüße,
Sven

ps: merke es grad selbst: Das mit der kleinen Spannung wird wohl nichts- jedenfalls nicht mit den Ausgangsleistungen des Kochfeldes. Bei 1000W und ungefährlichen 24V hätten wir 42A Eingangstrom. Das kann der Trafo nicht und die Dioden/Spule etc auch nicht.

Wie bekomme ich die Schaltung bezüglich der Hochspannung sicher...?

ODER die ansprüche bezüglich der Ausgangsleistung gehen in niedrige 3 stellige bereiche - 150W maximal.

Grüße,
Sven

Hallo Engel Sven,

die Widerstände R1...4 würde ich mit Sicherheitswiderständen bestücken und die Widerstände R4 und R5 etwas überdimensionieren. Das schaft das Sicherheitsproblem nicht aus der Welt aber es reduziert sich doch deutlich. Saubere Drähte, bleihaltiges Lötzinn und ein heißer Lötkolben sollten gute Lötstellen sicherstellen. Im Betrieb daran rum zu fingern ist ohnehin zu vermeiden.
Eine Reduzierung der Betriebsspannung und ein erhöhen des Stroms sorgt für ein weiteres Problem. Wenn es sich nicht nur um ein Forschungsprojekt handelt sondern um ein Gerät für den breiten Markt, treibt ein Transformator oder Wandlernetzteil den Preis in die Höhe.
Im Leistungsteil größere Ströme zu bewältigen ist mit den entsprechenden Transistoren sicher nicht das große Problem. Die Eingangskapazitäten sollten aber im Auge behalten werden um noch ausreichend steile Schaltflanken zu erhalten. Ob die Spule mit mehr Strom beaufschlagt werden kann kann ich aus der Fernen auch nicht sagen.
Könntest Du uns mal verraten welchen Zweck das Experiment verfolgt ?
Über den Trafo würde ich mir noch nicht die großen Gedanken machen, da Du noch keine Aussage zur benötigten Spannung machen kannst.
Bei 110....127 V würden sich Transformatoren für den Betrieb von US-Geräten anbieten.
Welche Leistung sollte den das Öfchen haben ?

Habe gerade Deine letzte Ergänzung gelesen.
Das mit der Schutzkleinspannung wird wohl schwierig. Mit 48 V werden die Ströme recht ungemütlich.
Ein Trenntrafo hilft zumindest gegen das Problem gleich eine gewischt zu bekommen.

72 de Alois

Hi,

Zitat von dl8ram

Widerstände R1...4 würde ich mit Sicherheitswiderständen bestücken

Was verstehst du unter Sicherheitswiderstand?
http://www.bsf-store.de/Sicherheitswiderstaende-075-Watt
Hmm... dann Brennt es halt nicht... die Hochspannung ist trotzdem drauf. Aber mit weniger Spannung wird es halt nichts mit der Leistung. Bedingt durch den dann höheren Strom werden die Verluste an anderen Stellen einfach zu hoch (dieses P = I²*R ärgert mich immer wieder ).

Dann muss halt mit 200%iger sorgfalt gearbeitet werden! Das bekommen wir schon hin!

Den Zweck des ganzen kann Fede wohl am besten erklären. So wie ich es verstanden habe ist es ein Designprojekt, das einen etwas anderen Wasserkocher zum ziel hat.

Sind sonst noch anregungen zum Layout?

Grüße,
Sven

Hallo Sven,

als Anmerkung zum Layout
Du solltest Bohrungen vorsehen um die Leiterplatte zu befestigen.
Wenn Du einen Bestückungsdruck bekommst, mach den "Hochspannungsteil" kenntlich!

72 de ALois