Basics Induction Heat

Creative Electronics Education


Untitled

          พื้นฐานการทำงานของการสร้างความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำ (Basics Induction Heat) เราจะเห็นว่าในรูปเป็นวงจรสมมูลย์ของระบบนี้ โดยถ้าเราสังเกตจะเห็นว่าเป็นลักษณะของหม้อแปลงไฟฟ้า ที่มีอัตราส่วน N:1 เมื่อ N คือค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดปฐมภูมิ ที่จะสร้างสนามแม่เหล้กไฟฟ้า (Aforementioned coil) และ 1 หมายถึงขดลวด ทุติยภูมิที่เกิดจากภาชนะในการรับพลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเหนี่ยวนำ ในลักษณะกระแสไหลวน (Eddy currents generated) และส่วนของคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุที่จะรับพลังงานสนามแม่เหล็ก (Ferromagnetic metal)

2
              ในรูปที่แสดงข้างบนเป็นโครงสร้างภายในของวงจรสร้างความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำ (ฺBlock Diagram of an Inductor Cooker) ที่จะเป็นวงจรประกอบต่างๆ ในระบบ จากรูปจะเห็นว่าในระบบจะมีส่วนของกลุ่มวงจรที่ทำงานกับแรงดันสูงจาก (Line Voltage) และส่วนของแรงดันต่ำ (Auxiliary Power Supply) กล่าวคือ
           ส่วนของวงจรที่ทำงานกับแรงดันสูง จะประกอบด้วย EMI Filter and Protections ที่จะทำหน้าที่ขจัดสัญญาณรบกวน (EMI) ไม่ให้ส่งผลกับระบบการทำงานอื่นๆ และส่วนของการป้องกัน (Protections) ก็จะควบคุมไม่ให้กระแสการทำงานมากผิดปกติ ถัดมาเป็น (Rectification and BUS) ทำหน้าที่เรียงกระแสจากไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรงและฟิลเตอร์ จากนั้นจะเป็นส่วนของ (Power Board − Inverter) ซ่ึงจะทำหน้าที่สร้างเป็นสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่กระแสและความถี่สูงอีกครั้ง ให้กับขดลวดเหนี่ยวนำ (Coil) กับภาชนะเพื่อสร้างความร้อนขึ้นมา โดยในส่วนของ (Heat Sink) จะทำหน้าที่ระบายความร้อนที่เกิดขึ้นกันส่วนของตัวขับกำลังนั้นเอง
        ส่วนของวงจรที่ทำงานกับแรงดันต่ำ ส่วนใหญ่จะเป็นการจัดการสัญญาณต่างๆ ให้กับอุปกรณ์เซนเซอร์ต่างๆ (Sensor and Actuators) เช่น ความเร้อน กระแสไฟฟ้าขาเข้า การตรวจจับภาชนะ เป็นต้น รวมทั้งในกลุ่มของการแสดผล  และรับคำสั่งควบคุม ถัดลงมาจะเป็น (Control Board (MCU)) หรือการควบคุมโดยส่วนใหญ่จะเป็นไมโครคอนโทรล ในการประมวลผลสัญญาณที่เกิดขึ้นต่างๆ การตั้งเวลาการทำงาน  การรับค่าจากเซนเซอร์ ให้ระบบทำงานได้ถูกต้องตามขั้นตอน ในส่วนของพัดลม (FAN) จะทำหน้าที่ลดความร้อนที่เกิดขึ้นภายในระบบให้น้อยลงและไม่เกิดอันตรายขึ้น    

3

            ในรูปที่แสดงข้างบนนี้จะแสดงให้เห็นองค์ประกอบที่เกิดขึ้นในแนวตัด  ถึงลักษณะการทำงานของการสร้างความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำ ที่ประกอบด้วย 4 ส่วนหลักคือ Inducted Current, GLAS, COIL และ FERRITE  สามารถอธิบายได้ดังนี้คือ
  • Inducted Current จะทำหน้าที่รับพลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic induction) เพื่อสร้างความร้อนให้เกิดขึ้นโดยจะเป็นภาชนะใส่ของหุงต้ม
  • GLAS  จะทำหน้าที่เป็นฉนวนทางความร้อนและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (Electrical Magnetic Field) เพ่ื่อไม่ให้เป็นส่วนกั้นสนามแม่เหล็กที่จะส่งถ่ายระหว่าง Inducted Current และ COIL นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างเครื่องด้วยเช่นกัน
  • COIL  จะทำหน้าที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่และกระแสสูงให้เกิดการเหนี่ยวนำขึ้น
  • FERRITE จะทำหน้าที่ซึมซับสนามแม่เหล็กอีกด้านหนึ่งที่ไม่ได้ใช้งานให้หมดไป และทำให้เกิดวงรอบแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์ขึ้นระหว่างตัว FERRITE และ Inducted Current

4

               จากในรูปแสดงให้เห็นถึงวงจรสมมูลย์ของการสร้างความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำนี้กับทฤษฏีหม้อแปลงไฟฟ้า (Electric transformer) ซ่ึงถ้าเราพิจารณาในรูปซ้ายมือจะเห็นอัตราส่วนของขดลวดปฐมภูมิต่อทุติยภูมิ Np:Nsec และอัตราส่วนของกระแสที่เกิดขึ้นด้วยเช่นกัน  แต่เมื่อเป็นการสร้างความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำ  จะทำให้สมการ Np:Nsec เป็น Np: 1 เมื่อ 1 คือภาชนะที่ใช้รับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขดลวด 1 รอบ ส่วนกระแสทุติยภูมิที่เกิดขึ้นก็จะเป็น  Isec = Iin . Np

5

              การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic induction) เป็นไปตามกฏของฟาราเดย์ (Faraday’s law) ที่ว่า “The induced electromotive force in any closed circuit is equal to the negative of the time rate of change of the magnetic flux through the circuit”. หรือแรงดันย้อนกลับจากการเหนี่ยวนำในวงจรปิดนั้น จะมีทิศทางตรงกันข้ามในช่วงเวลาการประจุในรูปของฟลักแม่เหล็กไฟฟ้าของวงจร  จากในรูปทำให้เราเห็นลักษณะของทิศทางการเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างขดลวดเหนี่ยวนำและภาชนะ (Inducted Current in the Pot Bottom Layer)

 ข้อมูลอ้างอิง

1. https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-9012.pdf

2. http://www2.dede.go.th/bhrd/old/web_display/websemple/Industrial%28PDF%29/Bay%201%20

Induction%20Heating.pdf

3. http://www.gh-ia.com/induction_heating.html

4. http://www.infineon.com/dgdl/Infineon-AN2012_08_RC_IGBT_for_Inductive_cooking-AN-v1.0-en.pdf?fileId=db3a30433a047ba0013a6ec9c25f6017

5. http://www.onsemi.com/pub/Collateral/HBD871-D.PDF

6. http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9166-D.PDF


 www.CreativeEEd.com

online free slot