Induktionsofen und effizienzsteigerung beim Schweißen mittels mittelfrequenter Umrichtung

[Alexander H. (verbleit)]

Hallo!

ich wollte hier mal meine derzeitigen Bemühungen zu zwei Projekten 
öffentlich machen welche beide prinzipiell auf der Erwärmung von 
Metallen mittels elektrischem Strom basieren.

Nummer eins ist das Innere eines kleinen 2000W Induktionskochfeldes. Die 
Frequenz wird mittels eines IGBTs erzeugt, weswegen ich mir hoffnung 
mache, den Leistungsteil der Schaltung aufstocken (leiterbahnen 
freilegen und verzinnen, leeren IGBT Steckplatz nutzen...) zu können und 
dennoch die Steuerelektronik zu nutzen die auf der Platine vorhanden ist 
u.U. mit einigen Anpassungen. Ziel ist damit zumindest die benötige 
thermische Energie induzieren zu können Schrumpffutter-Werkzeugaufnahmen 
zu bestücken und zu lösen. Idealerweise sollte es ausreichen um die 
Randschicht von Werkstücken auf max 1300°C zu erwärmen um sie zu härten.

Leider war das Gerät defekt als/weswegen ich es auch bekommen habe, 
nachdem ich aber in der doch recht übersichtlich bestückten 
Steuerelektronik keine offensichtlichen Mängel wie aufgeplatzte 
Kondensatoren oder durchgebrannte Widerstände. Ich tippe mal darauf, 
dass entweder der Brückengleichrichte defekt ist oder der IGBT, da diese 
auch der höchsten thermischen Belastung ausgesetzt sind und sich deshalb 
auch unter einem großen Kühlkörper verstecken.

Im weiteren werde ich ausfindig machen müssen wie die Steuerelektronik 
die Anwesenheit eines magnetischen Tops feststellt und uch das erhitzen 
eines komplett leeren Topfes verweigert hat. Ich hätte wetten wollen, 
dass es sich um eine einfachen Näherungsschalter handeln würde, leider 
ist das nicht so einfahch und für meinen Anwendungszweck muss dieser 
Sicherheitsmechanismus deaktiviert werden.

Bei der Zweiten Anwendung handelt es sich um ein Punktschweißgerät mit 
eine Kondensatorbank als Stromquelle. Zwar ist der Spitzenstrom bei 
Kurzschluss der bank über den zu verschweißenden Teilen ausreichend um 
binnen sekundenbruchteilen eine untrennbare Verbindung herzustellen, 
allerding fällt mit der Aufladung der Kondensatoren auch diese 
Stromspitze zunehmend ab, weshalb ich daran denke, die Effizienz mit 
einer mittelfrequenten Umrichtung  zu steigern. Schließlich lässt sich 
noch einiges an thermischer Energie gewinnen wenn nicht nur ein hoher 
stom fließt sondern dieser zusätzlich in hiher frequenz das 
Grundmaterial ummagnetisiert, was mit ca. 70% Ausbeute auch den grüßten 
Anteil an der induktiven Erwärmung z.B. auf der Herdplatte hat, der 
Wirbelstrom schlägt sich thermisch nur mit ca. 30% nieder.

Derzeit bin ich dabei mir einen Shuntwiderstand mit geeigneter ohmierung 
zu bauen um indirekt über die darüber abfallende Spannung eine 
Entladekennlinie meiner Kondensatorbank erfassen zu können, aktuell gehe 
ich grob überschlagen von einem maximalen Strom in der Größenordnung von 
1kA aus unter beücksichtigung der intenen Widerstände der Anschlusskabel 
und der Verbinder der einzelnen Kondensatoren. Im folgenden werde ich 
mich mit der Dimensionierung der IGBTs befassen müssen und letztendlich 
mir gedanken darüber machen wie ich diese am besten anordne und wie ein 
treiber aussehen könnte der eine phasenversetzte Rechteckspannung 
variablewr frequenz erzeugen kann.

Falls man es in meinen Schilderungen noch nicht gemerkt haben sollte: 
ich habe mit elektrotechnik nicht wirklich professionell etwas am Mut, 
mein Mitje ist eher das greifbare als Maschinenbauer, nicht ohne 
hintergedanken stelle ich also meine Projekte hier ein, und hoffe mir 
hier ab und an die mir fehlende expertise einholen zu können.

Im Anhang habe ich mal ein kompaktes PDF zusammengestellt mit bildern 
der Hauptplatine des Induktionskochfeldes von hinten und vorne, sowie 
dem Steuerfeld mit numerischer Anzeige, der Spule, welche an LIN und 
LOUT angeschlossen war und dem Thermosensor der den 3-Pin Stecker belegt 
(mitte unbesteckt). Der 2-Pin Stecker versorgt einen Lüfter mit Strom.

[ghl (Gast)]

Ich hatte auch mal eine Induktionsplatte die nicht mehr funktionierte. 
Auf den Platinen war auch nichts zu sehen und die Leistungsteile waren 
noch ok. Es stellte sich heraus, dass die Spule kaputt war.

Ich hoffe das hilft bei der Fehlersuche.

[Stefan (Gast)]

Hi,
guck dir mal den großen Kondensator (6uf oder 8uF) im Resonanzkreis ganz 
genau an. Ich habe auch mal eine solche Kochplatte nach defekt 
inspiziert. Die Platine sah genau so aus. Die Rückseite des Kondensators 
ist in deinem Bild oben links. Ich meine den Kondensator von dem ein 
Anschluss mit dem Source Anschluss des IGBT verbunden ist. Man kann das 
Gehäuse des Kondensators abziehen. Darunter konnte ich bei meiner 
Kochplatte erkennen das er aufgeschäumt war.

[Alexander H. (verbleit)]

Ich habe gestern mal die Leistungselektronik durchgeprüft: 
Brückengleichrichter, IBGT, Kondensatoren, Schmelzsicherungen, Drosseln 
habe ich geprüft. Leider war weder optisch unter den Verkleidungen noch 
beim durchmessen ein Fehler zu finden, einzig der Kondensator an den 
Netzstromklemmen hat einen höheren wert, aber ich denke da messe ich 
einfach den Wert des 5uF_kondensators mit. Zur sicherheit werde ich den 
morgen nochmal komplett auslöten und prüfen.
Meine nächste Überlegung wäre die Temperaturfühler zu Prüfen, sollte 
einer Defekt sein, sol würde evtl. ein viel zu hoher Widerstandswert 
ausgegeben werden und die Regelelektronik abschalten, da Spule oder der 
überwachte IGBT ja dann viel zu heiß gemessen würden.

Habe heute versucht den Lötstoplack zu entfernen, der zeigte sich aber 
unbeeindruckt von heißer gesättigter Kaliumhydroxid-Lauge :(, mein 
Pinsel mit den Kunststoffborsten nicht, der hat sich aufgelöst. Ich habe 
festgestellt, dass ich teilweise die freiliegenden Bahnen bemeinsam 
benetzen und dich verzinnen kann, das funtioniert jedoch nicht in den 
genoppten bereichen. Der Lötstoplack ist nicht dick aufgetragen, ich 
werde wohl mechanisch mit Glasfaserradierer weitermachen, alternativ 
löte ich Kupferzuschnitte in Form der Leiterbahnen auf. Ich habe mir 
heute zwei infineon IGBTs gekauft mit Ic je 55A, das sollte genügen.