مواقد الحث الحديثة

لقد حل الطبخ التعريفي محل التسخين التقليدي عن طريق نقل الطاقة الحرارية إلى قاع المقلاة/الوعاء من خلال عناصر التسخين الكهربائية. يعمل على مبدأ التيارات المستحثة المنتشرة داخل قاع الإناء. لكي تعمل مواقد الحث بشكل صحيح، يجب أن يكون قاع الوعاء قريبًا فعليًا من الملف، وتكون بعض المعادن فقط مناسبة - تلك ذات النفاذية المغناطيسية العالية.

المبدأ مشابه لمحولات الطاقة الشائعة، حيث يكون الملف هو الملف الأساسي وقاع الوعاء باعتباره الملف الثانوي. إنها تشترك في العديد من أوجه التشابه مع تقنية الشحن التعريفي الحديثة أيضًا.

تأتي الحرارة اللازمة لتسخين الوعاء من التيارات الدوامية المنتشرة في الطبقة السفلية، أو بشكل أكثر تحديدًا، من المقاومة التي توفرها هذه التدفقات الحالية. ومن خلال الاقتران الحثي، يتم نقل ما يقرب من 90% من الطاقة لتوليد الحرارة في الوعاء. يمكن للموقد النموذجي ذي السطح الزجاجي أن ينقل حوالي 70% فقط من الطاقة، مما يؤدي إلى تقليل الفاقد بمقدار ثلاثة أضعاف.

لا تختلف الطوبولوجيا المستخدمة بشكل كبير عن دائرة اللحام. يتم تصحيح طاقة التيار المتردد الرئيسية وتقوم بتشغيل مصدر طاقة إضافي صغير للعاكس وجهاز التحكم. يقوم العاكس بتحفيز التيار في ملفات النحاس، مما يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا يحفز تيارات إيدي في الوعاء. والحرارة المتولدة تساوي مقاومة قاع الإناء مضروبة في مربع التيار المستحث - المعروف باسم "تأثير جول"

الشكل 5: نظرة عامة على دائرة الموقد التعريفي النموذجية

على عكس آلات اللحام، فإن نظام التحكم في مواقد الحث هو عادة نظام تغيير التردد. على الرغم من أن هذه طريقة بسيطة، إلا أن التحدي يكمن في التحكم في نطاق التردد المطلوب لإنتاج الطاقة عبر نطاق واسع.

حتى عند الترددات العالية المطلوبة للمواقد الحثية، يمكن لدوائر محول الرنين أن تعمل بكفاءة عالية. لذلك، يتم استخدام محولات دوائر الرنين بشكل شائع لهذا التطبيق، وخاصة محولات نصف الجسر الرنانة (RHB) والمحولات شبه الرنانة (QR). يتم تفضيل محولات RHB بشكل خاص نظرًا لقدرتها على التعامل مع نطاق واسع من الأحمال. تُستخدم عادةً تقنيات التحكم المتقدمة مثل تبديل التيار الصفري (ZCS) أو تبديل الجهد الصفري (ZVS) للحفاظ على فقدان الطاقة عند الحد الأدنى.

الشكل 6: أمثلة نموذجية لطبولوجيا RHB وQR

نظرًا لفعالية هذه الهيكلية من حيث التكلفة، غالبًا ما يتم استخدام محولات QR في تطبيقات الموقد التعريفي منخفضة الطاقة (أقل من 2 وات).

محولات الطاقة الشمسية و UPS

عند استخدام طوبولوجيا نصف الجسر في التطبيقات التي تتطلب التبديل السريع، هناك العديد من التحديات، بما في ذلك:

- لا يمكن تحقيق سوى جهدين للإخراج

- يمكن أن تكون خسائر التبديل كبيرة

- قد تكون قيادة البوابات الكبيرة أمرًا صعبًا

- يؤثر إجهاد المكونات على الموثوقية

- تتطلب زيادة تيار التموج والتداخل الكهرومغناطيسي تصفية واسعة النطاق

- غير متوافق مع حافلة DC ذات الجهد العالي

- التصميم الحراري ليس بالأمر التافه

في التطبيقات الحديثة، يتم استبدال طوبولوجيا HB بتطبيقات مهمة مثل إمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) ومحولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV). أصبحت الطبولوجيا ثلاثية المستويات هي السائدة، والمعروفة باسم I-Type وT-Type.

هناك العديد من الجوانب التي تحتاج إلى تحسين، بما في ذلك تقليل الجهد عبر الأجهزة النشطة لتقليل الخسائر وتقليل التشوه التوافقي والسماح باستخدام مكونات أصغر. والأهم من ذلك، يمكن لهذه الهياكل أن تقلل بشكل كبير من خسائر التبديل، وتحقق كفاءة تصل إلى 98% عند التبديل عند ترددات عالية تتراوح من 16 كيلو هرتز إلى 40 كيلو هرتز.

الشكل 7: تتمتع طبولوجيا I-Type وT-Type Converter بالعديد من المزايا مقارنةً بـ HB

يتطلع إلى المستقبل

على الرغم من أن البعض قد يعتبر تقنية IGBT تقليدية، إلا أنها لا تزال تلعب دورًا هامًا في تطبيقات الطاقة العالية (الجهد/التيار العالي). وتستمر تقنية IGBT في التطور، حيث تقترب قيم Vcesat من 1 فولت، وتُسهم التحسينات الهيكلية في زيادة الكثافة وتقليل الخسائر.

كما هو الحال دائمًا، عند استخدام IGBTs، يجب على المصممين أن يكون لديهم فهم كامل لمتطلبات تطبيقهم واختيار الطوبولوجيات المناسبة لضمان النتائج والأداء الأمثل.