Primeiro, vou considerar que já tenha lido todas as páginas do primeiro protótipo de forno a indução, que pode ser visto neste link (tem 3 páginas para ler, com fotos e videos):
Não farei explanações redundantes, referentes ao que já foi explicado no primeiro forno.
Com a experiência adquirida na construção do primeiro forno para aquecimento por indução,
Montei o segundo, que possui um rendimento muito melhor.
O esqueleto do projeto é o mesmo, apenas com algumas modificações referentes principalmente ao circuito ressonante e ao sistema de alimentação, já que fiz grandes alterações
na forma de trabalho.
Ao final desta página, está disponível os links para os filmes.
O esquema elétrico está disponível a seguir:
Basta clicar na imagem para fazer o download do arquivo em .PDF, deverá ser visto no computador, ou impresso em papel A2.
ADICIONADO EM 14/08/2011
Como observado por um leitor, o capacitor de 10uF ligado ao pino 5 do C.I. IRS21844 não possui função, pois está em curto com o terra.
Este capacitor está ali porque não foi retirado quando houve uma atualização do circuito, para a versão 1.0, o datasheet, prevê que o terra do inversor deve ser
isolado do terra do driver, isto causava uma grande instabilidade no circuito, e adicionei este capacitor para fazer o acoplamento, como não resolveu o problema,
resolvi por interligar os terras.
Portanto, o capacitor foi retirado, na versão em .pdf o erro está corrigido desde hoje.
Agradecimentos ao leitor Antônio, por fazer a observação.
Abaixo, a placa de circuito impresso que fiz para montagem dos componentes, utilizei uma placa de 20x10cm, de fibra de vidro:
E aqui, a placa invertida, para ser a referência para o desenho do lado cobreado:
Os desenhos são referências, na realidade na hora de desenhar a mão, alguns componentes ficaram em locais diferentes.
Tendo o diagrama esquemático do forno a indução, e o desenho da placa, vou fornecer a lista de componentes, que segue:
A lista a seguir se refere APENAS ao inversor, lembre-se, você precisa montar um circuito para desarme em caso de
aquecimentos dos componentes, água, etc;
Além disso, terá que montar o banco de capacitores, necessitará de mangueiras, canos, água destilada e desmineralizada, radiador para água,
recipiente para água e bomba d`agua.
O sistema de refrigeração é tão importante quanto o próprio inversor.
| LISTA COMPONENTES - INVERSOR | |||||||||
| Qtde | Componente | Preço | SubTotal | Fornecedor | |||||
| CIs | |||||||||
| 1 | TL494 | R$ 1,20 | R$ 1,20 | Valgri - Comércio Local | |||||
| 1 | IRS21844 | R$ 7,34 | R$ 7,34 | TCT (Via Internet) | |||||
| Diodos | |||||||||
| 4 | MUR4100 | R$ 1,42 | R$ 5,68 | Farnell (Via Internet) | |||||
| 2 | 1N4148 | R$ 0,15 | R$ 0,30 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 1 | LED Azul | R$ 1,40 | R$ 1,40 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| Pontes Retificadoras | |||||||||
| 1 | KBPC-5010 50A/1000V | R$ 7,99 | R$ 7,99 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 1 | KBL08 | R$ 2,39 | R$ 2,39 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| IGBTs | |||||||||
| 2 | IRG4PC50UPBF | R$ 18,61 | R$ 37,22 | TCT (Via Internet) | |||||
| Resistores | |||||||||
| 2 | 20R x 1W | R$ 0,05 | R$ 0,10 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 3 | 1K | R$ 0,05 | R$ 0,15 | Valgri - Comercio Local | |||||
| 1 | 10K | R$ 0,05 | R$ 0,05 | Valgri - Comercio Local | |||||
| Potenciômetros | |||||||||
| 1 | 10K Multivoltas | R$ 19,99 | R$ 19,99 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 2 | 4k7 Trimpot para Placa | R$ 2,50 | R$ 5,00 | Valgri - Comercio Local | |||||
| Capacitores | |||||||||
| 40 | Ceramico - 470nF x 400V | R$ 0,44 | R$ 17,60 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 3 | Ceramico - 100nF x 25V | R$ 0,10 | R$ 0,30 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 1 | Ceramico - 1nF x 25V | R$ 0,10 | R$ 0,10 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 6 | Eletroliticos - 470uF x 250V | R$ 7,99 | R$ 47,94 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| 2 | Eletrolitico 10uF x 100V | R$ 0,14 | R$ 0,28 | Farnell (Via Internet) | |||||
| 1 | Eletrolitico 3300uF x 25V | R$ 1,45 | R$ 1,45 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| Ferrites | |||||||||
| 1 | Ferrite de FlyBack | R$ - | R$ - | Retirado de Sucata | |||||
| Transformadores | |||||||||
| 1 | 12+12 x 3A | R$ 30,00 | R$ 30,00 | Eletrocores - Comercio Local | |||||
| Circuito Impresso | |||||||||
| 1 | Placa de fibra de vidro 10x20cm | R$ 15,98 | R$ 15,98 | Solda-Fria (Via Internet) | |||||
| Radiadores de Calor | |||||||||
| 1 | Radiador Quadrado com refrigeração por ar mandado | R$ - | Retirado de Sucata | ||||||
| 1 | Radiador simples para retificador de baixa tensão | R$ - | Retirado de Sucata | ||||||
| Gasto total com componentes: | R$ 202,46 | ||||||||
| Válido apenas para o circuito inversor | |||||||||
Esta lista serve, é claro, para uma condição em que tudo dê certo.
Em meu caso, acabei por queimar em todo o desenvolvimento (contando a versão beta, que não está disponível no site)
3 IRS21844
3 IGBT s
2 Diodos de ação rápida (MUR4100)
3 Capacitores de 470nF x 400V
Agora que mostrei o projeto, a placa e a lista de material, vale a pena ler as caracteristicas dos principais componentes,
então, os datasheets utilizados estão a seguir:
O datasheet dos diodos de ação rápida MUR4100
O datasheet dos IGBT s IRG4PC50UPBF
O datasheet do driver dos IGBTs o C.I. IRS21844
O datasheet do gerador de sinal PWM, o C.I. TL494
O datasheet da Ponte Retificadora do inversor o KBPC5010
É importante montar os IGBTs e a ponte retificadora em bons radiadores de calor. Se possível, refrigerados também por água.
Segue a foto da placa virgem, em fibra de vidro.
Depois a placa é desenhada com caneta especial (Caneta para retro projetor)
Depois, ela é colocada em uma solução de Água + Percloreto de ferro anidro, para que o cobre que está exposto seja corroido.
Então ela fica assim:
Agora basta limpar a tinta da caneta, com palha de aço, ou álcool.
Como a placa é de fibra de vidro, não é possível furar com o conhecido perfurador de punção, então, utiliza-se uma furadeira
pequena e uma broca de 0,8mm para resistores, C.I.s, etc; para alguns componentes como os IGBTs Diodos MUR,
utiliza-se uma broca de 1,2mm, e para os fios de entrada e saida mais grossos, furos de até 3mm podem ser necessários.
Depois da placa perfurada e dos componentes todos soldados, fiz alguns furos para parafusar a placa em uma outra placa maior de
acrilico, para ficar melhor de manusear o circuito, na próxima foto, ele está ligado em 30Vca, para ajustes de frequência e rendimento.
Segue a foto:
A caixa preta atrás do circuito, não faz parte, é minha fonte de bancada.
É possivel ver o radiador de calor, e depois eu acabo passando também alguns tubos de cobre com água, para ajudar na refrigeração,
nos próximos videos que divulgarei, isso poderá ser visto. Também acabei por colocar um cooler em cima da placa para refrigeração
melhor dos IGBTs.
Nesta foto, o LED azul indica que está ligado, e o VU-Meter indica a potência relativa entregue no circuito ressonânte e sua sensibilidade
é ajustada por um tripot na placa que não pode ser visto nesta foto.
Os 2 trimpots vistos no lado direito são, 1 para ajuste da largura de pulso, e o outro para ajuste grosso de frequência.
O ajuste fino da frequência é feito através de um potenciômetro de 10K, multivoltas, que não dá para ver na foto.
Os capacitores elétroliticos atrás da placa, presos com fita isolante, são os capacitores para filtragem da tensão de entrada do inversor,
logo após retificação.
Os 2 fios azuis a esquerda, são dos 6 capacitores de saida (para bloqueio de tensão DC no circuito ressonante/inversor), que estão no
banco refrigerado.
Os 2 fios pretos, a esquerda, são os fios que alimentam o circuito ressonante.
A bobina e o banco de capacitores, já expliquei no projeto anterior, então, segue a foto do forno funcionando, aquecendo um tarugo
quadrado de ferro fundido (Está com 60Vca na entrada, levou 2 minutos para ficar assim, em 110Vca, leva menos de 40 segundos).
Estando com o circuito funcionando de maneira 100% adequada, é importante revestir a bobina, para que a carga não cause curto-circuito
em caso de virar e encosta em cima e embaixo da bobina.
Então, fiz um pequeno receptáculo para a bobina e revesti ela com massa refratária.
ficou como na foto a seguir:
É obvio, que não se pode derreter ferro/aço, ou qualquer metal aí dentro, porque essa massa não serve para essa finalidade.
É apenas por questão de segurança! Além de melhorar o rendimento do forno, devido a contenção do calor no interior.
Para realizar a fusão, é necessário um revestimento apropriado para o material a ser fundido.
O forno só aquece materiais metálicos, se você ligar o forno com a mão ali dentro, nada acontecerá, mostrarei isso em um video
que será divulgado mais adiante.
Aqui está o forno aquecendo uma pequena carga (1 parafuso e um pequeno tarugo de aço 1010),
O multimetro atrás, está desta vez, marcando a temperatura no radiador de calor, entre os 2 IGBTs (Ligado em 60Vca).
Essa letra "E" ali do lado do forno, é coisa do meu ajudante, meu filho de 3 anos que fica perguntando "O que é isso?" e me levando as
ferramentas que eu peço.
Aqui a carga, dentro do forno, com a tampa retirada (ligado em 60Vca).
Aqui o aquecimento de outra carga (ligado em 110Vca):
Para quem não sabe, nas fundições de ferro, essa a condição existente.
Jogamos Sucata de Aço, retorno de Fe (sobra das peças), Lingotes de ferro virgem (Ferro gusa) e então corrigimos
a composição quimica, adicionando ou diminuindo teores de Carbono, Silicio, Manganês, entre outros muitos elementos.
Claro que aqui tenho capacidade para derreter no máximo umas 600g de Fe, em uma indústria esse valor é muito maior,
com fornos pequenos de 50Kg a até fornos grandes com capacidade acima das 20 Toneladas.
Para efeito de comparação (Para leigos, sem explicação técnica)....
Um forno típico de 1200Kg de capacidade, com uma potência de 600KVa, derrete esses 1200Kg de Ferro em 1 hora de aquecimento.
Veja, que se você consome em sua casa 100KWh por mês, esse forno consome mais que 600 em apenas 1 hora.
Consome em uma hora, o que você precisa em 6 meses.
Veja foto, da temperatura na água de refrigeração:
Há ainda muito o que melhrar no sistema de refrigeração de água.
Fui pego de surpresa, já que sempre desligo o forno bem antes de atingir essa temperatura no sistema de arrefecimento.
Estou trabalhando com o sistema de proteção de sobre-cargas desligado, para facilitar os ajustes do inversor.
Aqui mais uma foto, de pedaços de ferro fundido sendo aquecidos até o ponto de quase derreterem.
É o máximo que tenho chegado, já que não posso derreter nesse tipo de refratário que fiz, para manter a segurança, não devo
passar deste ponto (Estava em 110Vca, e quando chegou nesse ponto, passei para 60Vca). A corrente que passa pela bobina,
quando se chega a esse ponto, ultrapassa os 130 Amperes, então, sou obrigado a desligar por falta de capacidade de refrigeração.
Aqui, a última foto do circuito de controle, já mostrando a passagem de tubos de cobre por dentro do dissipador de calor,
Um cooler maior em cima do circuito, no local onde estão os IGBT s e os diodos.
Neste mesmo dia (Todas fotos são do mesmo dia, em 01/08/2011), fiz diversos videos, mostrando como é possível aquecer uma barra de aço,
um tarugo de ferro, parafuso, uma pequena chapa, uma faca (A mesma faca do projeto anterior, porém, mais rápido ainda).
Em um dos videos, ainda mostro como se pode colocar a mão dentro do forno, com ele ligado, sem que nada aconteça, comprovando o aquecimento
apenas em materiais metálicos.
Na página do primeiro projeto, estão os videos descrevendo o funcionamento do forno, e mostrando o aquecimento de uma faca,
A seguir, estou disponibilizando 2 videos, um do aquecimento da mesma faca (2 vezes mais rápido, com metade da potência) e outro
mostrando como o aquecimento ocorre somente na carga metálica.
Links para o YOU TUBE:
O link para visualizar o video do AQUECIMENTO DA FACA no You Tube está AQUI.: http://www.youtube.com/watch?v=_hJCM-oPMdA
O Link para visualizar o AQUECIMENTO DE CARGA METÁLICA está AQUI: http://www.youtube.com/watch?v=JtBwsY3fFks
(Neste coloco a mão dentro do forno, mostrando que aquece somente o metal):
O link para visualizar o AQUECIMENTO DE UMA BARRA DE AÇO no You Tube está AQUI: http://www.youtube.com/watch?v=QUElDqLGBn0
O link para visualizar o AQUECIMENTO DE SUCATA DE AÇO no You Tube está AQUI: http://www.youtube.com/watch?v=mWLuJsXCXZw
Links para download do video para seu computador estão a seguir:
Clique AQUI, para fazer o download do video do AQUECIMENTO DA FACA - 1,01Mb.
Clique AQUI, para fazer o download do video do AQUECIMENTO DE CARGA METÁLICA
(Neste coloco a mão dentro do forno, mostrando que aquece somente o metal) - 21,8 Mb.
Clique AQUI, para fazer o download do video do aquecimento de uma barra de aço - 4,9Mb
Clique AQUI, para fazer o download do video do aquecimento de sucatas de aço no forno, video bem explicado - 16,5Mb
Aproveito para agredecer a todos que enviaram e-mails, me agradecendo pelas informações que coloquei aqui, e pelas duvidas enviadas,
são através das dúvidas respondidas que estou enriquecendo estas informações.
Dúvidas, e sugestões, não deixe de me escrever: eduardo@eduardomoreira.eng.br
O projeto é LIVRE! Mas tome cuidado com as altas tensões e correntes envolvidas.
ATUALIZAÇÃO DIA 03/11/2011
O diâmetro da bobina foi um pouco diminuido, para trabalhar com frequência um pouco mais alta e potência um pouco menor,
evitando um pouco o super aquecimento dos IGBTs.
Aqui as peças contruidas em tijolos refratários, são as mesmas da bobina anterior.
A bobina dentro dos tijolos montados:
Nesta nova atualização, fiz o topo do forno também com tijolo, para ficar com acabamento melhor.
Aqui, a principal evolução do sistema de refrigeração (Arrefecimento), como meu intuíto é manter um sistema fechado de refrigeração,
utilizei um radiador, que era um condensador de ar-condicionado consul de 10000 BTUs, ficou super dimensionado, já que não
preciso de tanto, mas já suporta uma evolução futura no sistema ressonante.
Aproveitei, e montei o circuito na própria carcaça do radiador.
Aqui, o circuito está em funcionamento, em baixa potência (24V x 2A na entrada do inversor).
O multimetro em cima do radiador está marcando 24,2V ca na entrada do inversor, o multimetro ao lado, marca a temperatura entre
os 2 IGBTs através de um termopar fixado no radiador de calor, aqui, marcando apenas 31 Graus Celsius.
Abaixo, o alicate amperímetro, marcando 9,61A no circuito ressonante (na entrada da bobina)
Aqui o circuito sendo mostrado lateralmente,
se pode ver que fixei o radiador dos IGBTs externamente a placa de circuito.
Está da mesma forma, com tubos de cobre passando por dentro, para retirar o calor com água,
além de um cooler pequeno embaixo, empurrando o ar para cima..
Aqui nestas ultimas fotos, está funcionando em baixa potência.
Agora, estou providenciando um Voltimetro analógico, para deixar fixo no circuito, mostrando a
tensão na entrada do inversor, e um amperímetro analógico que será ligado também na entrada
do inversor, assim será facil medir a potencia condumida em tempo real e fica mais facil medir
o rendimento do circuito e fazer ajustes, já que perco meus equipamentos fazendo estas medições.
Também estou adquirindo um Variac de 3KVa, que tornará o ajuste de potência muito mais fácil.
Dia 20/12/2011
Aqui está o video de demonstração desta segunda versão,
como de costume, está disponível em 2 versões, uma no you tube,
para ver, basta clicar no link a seguir: http://youtu.be/GK2tQAHpNm8
Para fazer o download do video para o seu computador, basta fazer o
download clicando AQUI