Mini Induction Heater By Self Oscillating

โครงงานนี้เป็นการทดลองอินดักชั่นฮีต (Induction Heater : IH) ขนาดเล็ก ด้วยการสร้างสัญญาณความถี่ขับกำลังภายในวงจรเอง (Self oscillating) โดยลักษณะวงจรอินเวอร์เตอร์จะเป็นแบบพุช-พูล (push-pull inverter) และใช้การสวิตชิ่งแบบนิ่มนวล (Soft Switching) ด้วยการสวิตชิ่งขณะแรงดันอยู่ในสภาวะศูนย์ (Zero Voltage Switching : ZVS) โดยการทดลองจะมีด้วยกัน 3 แบบคือ โหมดสแตนบาย, สัญญาณแรงดันที่ขา G และ S (Vgs) ซึ่งตอบสนองต่อวัสดุและการสร้างความร้อนให้กับวัสดุ สำหรับวงจรที่ใช้ในการทดลองนี้ จะใช้อุปกรณ์น้อยและหาซื้อทั่วไปได้ง่ายและคิดว่าโครงงานนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการเรียนรู้เบื้องต้นครับ.

รูปที่ 1 แสดงการพันขดลวด Work coil โดยใช้ลวดทองแดงเส้นเดียว (ใช้ลวดเบอร์ 21-18SWG) พันบนแกนปากกาสี 6 รอบ จากนั้นให้เราตีเกลียวเพื่อเป็นแท็ปกลาง เสร็จแล้วให้เราพันต่อในทิศทางเดียวกันอีก 6 รอบก็ใช้ได้แล้วครับ

รูปที่ 3 แสดงการวัดค่าของตัวเหนี่ยวนำ L1 ซึ่งในการทดลองนี้จะมีด้วยกัน 2 ตัว คือ ตัวแรกค่าที่วัดได้ 45uH และตัวที่ 2 วัดได้ 130uH

รูปที่ 4 เป็นวงจรต้นแบบเวอร์ชั่น 1 เพื่อทดลองการทำงานต่างๆ เช่น สัญญาณขับที่ขาเกต Vgs ได้ขนาดที่ถูกต้องเหมาะสม ความถี่ในการสวิตชิ่งและความร้อนที่ได้จากการเหนี่ยวนำเป็นต้น

รูปที่ 5 เป็นวงจรเวอร์ชั่น 2 ที่ต้องปรับขนาดตัวเหนี่ยวนำ L1 ไปที่ประมาณ 130uH เดิมทดลองที่ 45uH และปรับค่าตัวเก็บประจุใหม่ตามรูป (วงจรในรูปที่ 10) โดยวงจรที่ปรับปรุงใหม่ครั้งที่ 2 เป็นที่น่าพอใจครับ

รูปที่ 6 แสดงลักษณะของการวัดสัญญาณที่ขาเกต Vgs ทั้งสองเพื่อสังเกตขนาดของสัญญาณ, ความถี่สวิตชิ่ง, และช่วงเวลาการหยุดการทำงานของเพาเวอร์มอสเฟตทั้งสอง (Dead time) สำหรับประเมินประสิทธิภาพการทำงานเบื้องต้น

รูปที่ 7 การต่อตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ Work coil ในลักษณะของวงจร Resonant tank circuit โดยเราจะนำวัสดุ หรือชิ้นงานเข้ามายังส่วนตรงกลางของ Work coil เพื่อให้เกิดความร้อนขึ้น

ในรูปที่ 8 เป็นการทดลองวงจรครั้งที่ 1 เพื่อเป็นการสังเกตการทำงานในช่วงวงจรสแตนบาย โดยความถี่สวิตชิ่งประมาณ 280kHz วงจรจะดึงกระแสที่ 3A ต่อเนื่อง แรงดันไฟเลี้ยงทดลอง 13.8V ซึ่งเราควรเปิดการใช้งานเมื่อต้องการให้ความร้อนกับชิ้นงานจะช่วยลดพลังงานไฟฟ้าสูญเสียได้

รูปที่ 9 เป็นการทดลองครั้งที่ 2 โดยการสังเกตสัญญาณขับที่ขาเกต Vgs เมื่อมีชิ้นงานเข้ามายัง work coil ซึ่งจากการทดลองความถี่ในการสวิตชิ่งจะเปลี่ยนเมื่อนำชิ้นงานเข้ามายังช่องภายใน work coil

รูปที่ 10 เป็นการทดลองให้วงจรสร้างความร้อนขึ้นกับตะปู ขนาดประมาณ 3 นิ้ว โดยจากการทดลองตะปูจะร้อนจนแดงใช้เวลาไม่เกินประมาณ 1 นาที

รูปที่ 11 เป็นวงจรที่ใช้ในการทดลองครั้งนี้ (Induction Heater using a Center Tap Work Coil) ซึ่งวงจรจะใช้อุปกรณ์ไม่มากนัก สามารถทำความเข้าใจการทำงานเบื้องต้นได้ง่าย และโดยท่านสามารถปรับแต่งวงจรหรือพัฒนาได้ตามความเหมาะสมครับ

สำหรับโครงงานนี้เป็นโครงงานเล็กๆ ที่เราสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับการสร้างความร้อนด้วยวิธีการเหนี่ยวนำ ซึ่งจะไม่ใช้ไอซีควบคุมการทำงานแต่อย่างใด แต่จะอาศัยการสร้างความถี่ภายในตัววงจรเอง โดยจะทำให้คอยล์ขดลวดได้รับสนามแม่เหล็กที่มีปริมาณความเข้มและความถี่สูง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ให้ประสิทธิภาพการทำงานสูงและนิยมใช้งานในปัจจุบัน สำหรับเนื้อที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติมในเรื่องนี้สามารถดูได้ตามลิ้งก์เว็บไซต์ท้ายโครงงานนี้ครับ.

Reference

1. https://www.rmcybernetics.com/science/diy-devices/diy-induction-heater
2. https://ethcircuits.com/12v-induction-heater-circuit-diagram/
3. https://electronics.stackexchange.com/questions/180652/simple-induction-heating-circuit-problem
4. https://www.pocketmagic.net/wp-content/uploads/2011/03/royer_induction_heater.jpg
5. https://www.homemade-circuits.com/simple-induction-heater-circuit-hot/
6. https://pdfs.semanticscholar.org/4378/9d851584819cca8539eae2589137c4afa101.pdf
7. https://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/83346/TGMS1de1.pdf;jsessionid=0649A6ACD925A6DB5A55ED05277EF88F.tdx1?sequence=1
8. https://www.researchgate.net/publication/264020282_A_Current-Fed_Parallel_Resonant_Push-Pull_Inverter_with_a_New_Cascaded_Coil_Flux_Control_for_Induction_Heating_Applications
9. https://electronicsprojectshub.com/make-induction-heater-easily/