Riscaldamento ad induzione., Piccola prova.

Eccoci, tanto avete avete stuzzicato l'immaginazione che mi son preso un pò di tempo per fare qualche prova. Avete presente il "miniriscaldatore a induzione"? Ecco, mi è venuto in mente di investigare una bobina di un certo tipo che induttanza può avere e se ci mettiamo in parallelo un condensatore di tal capacità che frequenza di risonanza si ottiene. Non voglio scoprire di nuovo l'acqua calda, e neppure il buco del lavandino, ma almeno qualche parametro di riferimento che non siano i soliti discorsi puramente religiosi dei libri di testo possiamo farli.

Ecco una bobina campione, fatta con tutti i crismi, modello miniriscaldatore ad induzione:





Diametro del filo: 2.5 mm (sezione 5mm²) argentato, nudo.
Diametro interno della bobina: 52.8mm
Distanza tra le spire: 0.8mm
Numero di spire: 10
Colonnine separatrici: 10mm teflon
Induttanza 4.88uH*

Alimentando con un generatore un circuito risonante in parallelo con le seguenti capacità:

0.1 uF f_o= 248.3Khz
0.33uF f_o= 124.9Khz
0.45uF f_o= 109.2Khz
1 uF f_o= 72Khz
6.8Uf f_o= 27.5Khz

La deviazione dalla formula della frequenza di risonanza è dovuta probabilmente alla tolleranza dei condensatori che erano in polypropylene isolati a diverse tensioni da 100V a 650V, quello che avevo a portata di mano. Ho pure fatto delle prove con un condensatore ceramico da 47Kpf di quelli comuni a pastiglia ma non stava fermo neppure se lo mettevo in morsa, era troppo dipendente dalla temperatura, un tossico del calore umano.

Bene, poi, mi è sorta la curiosità di fare anche qualche prova con un transistorino ed il generatore. Con un semplice circuito, ho preso un TIP55 l'ho fissato su di un dissipatore, l'ho alimentato a 12V e l'ho pilotato con la frequenza di risonanza e segnale fino a fargli assorbire intorno a 1/1.5A a 125Khz. Infilando dentro la bobina un taglierino, la lama si riscaldava in pochi secondi fino a fumare. In qualche decina di secondi, un distanziale il ferro cromato da 10mm di chiave si riscaldava fino a non tenerlo in mano. Anche il TIP55 si riscaldava fino a non tenerlo in mano.
Li si sono fermati gli esperimenti, ma penso di perderci dell'altro tempo e fare dei rilievi per poi postarli.
Che ne dite? Ora si sa da che punto partire e che una bobina si fatta ha una induttanza di 4.88uH. No?




*Presumibilmente se non ho fatto grossi errori.

Domani vedrò di postare qualche risultato degli strumenti, ma per ora ti posso dire che ho aperto il primo cassetto che era pieno di TIP55 e ho preso uno di quelli. Non sono stato a cercare mosfet, anche se credo che il risultato sarebbe stato lo stesso o quasi. Devo dire di avere anche provato con il condensatore da 6.8uF a 27Khz e scaldava pure, ma così, a lume di naso, senza rilievi termografici, mi sembrava meno. Ho pure aumentato la tensione fino a 24-28V. Ma l'assorbimento è risultato circa uguale, e l'effetto "riscaldamento" lo stesso. Solo il transistor scaldava di più.
Considera che una bobina come quella, con quel filo probabilmente costituisce insieme ad un condensatore in PPL un ottimo circuito risonante. Tra l'altro il condensatore da 6.8uF riscaldicchiava in modo appena percettibile con le dita.

Lo sapevo, gettate il sasso e poi nascondete la mano...


Stasera provo pure quella, anzi, provo anche solo la bobina fuori risonanza.

6Khz non sono pochi ma neppure poi tanti. Le perdite in un trasformatore da 100W in su a 50Hz sono veramente poche se non si satura il nucleo e si cade nell'isteresi. In effetti, bisognerebbe considerare anche la saturazione di ciò che ci si mette. Perchè ho notato che una sottile lama di taglierino si scalda subito, mentre una lamierina simile ma di ottone o rame non si scalda affatto. Le correnti indotte sono più o meno le stesse, ma forse l'isteresi da saturazione è quella che rende di più? Bhò.
Alte potenze o basse potenze il fenomeno è il solito. Solo che l'energia scambiata non è la medesima.
Devo anche controllare cosa fa il transistor e se non dissipa calore solo a causa del fatto che non è nelle migliori condizioni di rendimento.
Domani ne saprò di più.

Niente di più vero. Oggi ti abituano alla "semplicistica" regola: "Ma che ci vuole, un pezzo di quello un pezzo di quell'altro, un PC che serve sempre" e hai costruito un reattore a fusione evvaiiiii.... E? No, non va proprio un tubo nulla.

Ma ecco qualcosa dove c'ho perso qualche minuto.
Questo è l'accrocchio esoterico che messo su per fare due prove:



Ecco un'altra vista dell'accrocchio esoterico:



Breve descrizione. Due TIP35 in parallelo montati su dissipatori mega e due resistenze si emettitore da 0.22Ohm 10W corazzate per introdurre un minimo di reazione negativa per stabilizzarli in DC ed evitare la fuga termica, oltre ad equalizzare i guadagni dei due transistoroni.
Da un lato c'è la bobina che ho fatto tra sabato e domenica, connessa sui due collettori con in parallelo il condensatore di risonanza. Il generatore di funzioni non si vede ed il segnale è applicato direttamente nelle due basi. Questo perchè il generatore ha l'uscita regolabile sia in bias sia in livello, molto utile per evitare di montare circuiti di polarizzazione.
Ed ecco qualcosa di interessante:



Questo è lo spettro armonico al variare della frequenza dell'onda quadra. Il picco più alto, quello che si vede a sinistra è quello della fondamentale a 31Khz e si nota come sia a picco. La scala verticale è in dB e ci sono circa 18dB tra il picco della fondamentale e la seconda armonica. Con questo grafico volevo dimostrare la banda intorno alla frequenza di risonanza.

Altra cosa interessante. Ho provato ad alimentare con un'onda quadra sotto tonica il circuito risonante che ha continuato ad oscillare imperterrito sulla sua fondamente. Ecco quà cosa succede in fondamentale, cioè con la quadra di pilotaggio alla stessa frequenza di risonanza:



Ecco con la quadra 1/3 della fondamentale:



Ecco la quadra a 1/5 della fondamentale:



Questa che segue è un dettaglio con le misure in tensione con il circuito risonante alimentato alla stessa frequenza:



Notare i 42V di picco ai capi della bobina. Cioè 29Vrms con soli 12V di alimentazione. Che corrente ci starà passando in una bobina di 4.88uH?

ω=2·π·f=2·π·32,276Hz=202.7Krad/sec.
XL=ωL=202.7·4.88E-6=1Ohm (circa)
Quindi:
I= 29V/1Ω=29A.

(se non ho fatto errori).

Non è proprio che il materiale non ferromagnetico non sia adatto, è che non tutti i circuiti sono adatti a tutti i materiali. Le correnti indotte sono le stesse, anzi, nel materiale ferromagnetico sono anche minori, il fatto è che più forte è l'effetto isteresi e maggiore è l'effetto agitazione molecolare. Insomma, il ferro non si riscalda per le correnti indotte, mentre il rame, l'alluminio e tutti i materiali non ferrosi si riscaldano solo per quelle. Non essendo magnetici questi materiali non hanno isteresi. Il ferro invece si, l'acciaio anche di più. Ho provato, infatti a ficcarci dentro un maschio a macchina ed è diventato rosso in circa 1 minuto, mentre un lamierino da trasformatore è diventato appena tiepido.
Oggi dopo mangiato, ho alimentato l'ammennicolo a 30V e l'ho pilotato con qualcosa di più vivace del solito generatore. I fronti di salita e la corrente di pilotaggio sono estremamente importanti, sono parte del segreto del funzionamento di questi cosi. Ora il condensatore più tosto che ho bolle quasi subito, e pure la bobina si riscaldicchia. Per fortuna ho fatto i distanziatori in PTFE. I transistors a 2.5A non danno invece segni di squilibrio.
L'altra parte del segreto è un bel condensatore da 10000uF 50V subito agli estremi del filo di alimentazione con in parallelo un condensatore in mica argentata da 50KpF di quelli che ci vuole un muotuo. Questi due condensatori uccidono tutti gli spikes di corrente che 50Cm di cavi di alimentazione irradiavano in giro, lasciandoli al circuito LC.
Posso dire che con 2.5A a 30V cioè 70W assorbiti dall'alimentatore, in qualche minuto riesco a portare una vite da M12 con testa esagonale in ferro crudo fino al rosso. Poi devo spengere tutto perchè ho il condensatore che si scioglie.
Ho dovuto appoggiare la bobina su di un mattone refrattario altrimenti la vite mi scioglieva anche il barilottino di PTFE che avevo fatto per sostenerla.
Insomma, mi ci sto divertendo...

Perchè queste prove l'ho fatte oggi prima di pranzo. Stasera faccio qualche foto. Ma più che altro voglio trovare un sistema per misurare il rendimento della faccenda. Poi pensavo ad una bobina a spirale per metterci su davvero un tegamino...

Ah un cacciavitino non lo tieni in mano dopo qualche secondo, conta fino a tre...
Ehm... non lo dite in giro ma ho tutte le dita bruciate a fare quelle prove demenziali. Ho messo un bulone dentro la bobina. Poi lo sapevo che era bollente, ho preso le mollette e l'ho tirato fuori, l'ho posato e poi ho preso in mano le mollette, erano già bollenti mentre normalmente, per il solo contatto con il bulone non lo sarebbero state affatto. Poi ho messo un cacciavite dentro e quando ha cominciato a diventare nero l'ho tolto e l'ho posato prima che fosse da buttare, ma poi mi sono dimenticato e l'ho preso in mano, altra scottatura... Insoma dopo un pò qualsiasi cosa sul banco scottava troppo.

Le sinusoidi vengono bene solo se sei perfettamente sintonizzato con il circuito accordato e non è semplice. Basta una minima deriva del generatore e sei fregato.
Una prova che ho in mente di fare è un finale in totem pole piloato da qualcosa di serio con fronti di salita veloci. Questo dovrebbe rendere di più. Anche se ho notato che i TIP35 non scaldano più di tanto. Forse sarà per i dissipatori mega...