Kompor Induksi Modern

Memasak induksi telah menggantikan pemanasan tradisional dengan mentransfer energi panas ke dasar panci/panci melalui elemen pemanas listrik. Ini beroperasi berdasarkan prinsip arus induksi yang bersirkulasi di bagian bawah pot. Agar kompor induksi berfungsi dengan baik, bagian bawah panci harus dekat secara fisik dengan koil, dan hanya logam tertentu yang cocok - logam dengan permeabilitas magnet tinggi.

Prinsipnya mirip dengan trafo daya pada umumnya, dengan kumparan sebagai primer dan dasar pot sebagai sekunder. Ini juga memiliki banyak kesamaan dengan teknologi pengisian induksi modern.

Panas yang dibutuhkan untuk memanaskan panci berasal dari arus eddy yang bersirkulasi di lapisan bawah atau, lebih khusus lagi, dari hambatan yang ditimbulkan oleh aliran arus tersebut. Melalui kopling induktif, sekitar 90% energi ditransfer untuk menghasilkan panas di dalam panci. Kompor kaca halus pada umumnya hanya dapat menyalurkan sekitar 70% energi, sehingga menghasilkan pengurangan kerugian sebanyak tiga kali lipat.

Topologi yang digunakan tidak jauh berbeda dengan rangkaian las. Daya AC utama disearahkan dan menggerakkan catu daya tambahan kecil untuk inverter dan pengontrol. Inverter menginduksi arus ke kumparan tembaga, menciptakan medan elektromagnetik yang menginduksi arus eddy di dalam pot. Panas yang dihasilkan sama dengan hambatan dasar panci dikalikan dengan kuadrat arus induksi – dikenal sebagai “efek Joule”

Gambar 5: Ikhtisar Rangkaian Kompor Induksi Khas

Berbeda dengan mesin las, skema kendali kompor induksi biasanya berupa skema variasi frekuensi. Meskipun metode ini sederhana, tantangannya terletak pada pengendalian rentang frekuensi yang diperlukan untuk daya keluaran dalam rentang yang luas.

Bahkan pada frekuensi tinggi yang diperlukan untuk kompor induksi, rangkaian konverter resonansi dapat beroperasi dengan efisiensi tinggi. Oleh karena itu, konverter rangkaian resonansi biasa digunakan untuk aplikasi ini, terutama konverter setengah jembatan resonansi (RHB) dan inverter kuasi-resonansi (QR). Konverter RHB sangat disukai karena kemampuannya menangani berbagai macam beban. Teknik kontrol tingkat lanjut seperti peralihan arus nol (ZCS) atau peralihan tegangan nol (ZVS) biasanya digunakan untuk meminimalkan kehilangan daya.

Gambar 6: Contoh Khas Topologi RHB dan QR

Karena topologi ini hemat biaya, konverter QR sering digunakan pada aplikasi kompor induksi berdaya rendah (di bawah daya puncak 2W).

Inverter surya dan UPS

Saat menggunakan topologi setengah jembatan pada aplikasi yang membutuhkan peralihan cepat, banyak tantangan yang dihadapi, antara lain:

- Hanya dua tegangan keluaran yang dapat dicapai

- Kerugian switching bisa sangat signifikan

- Mengemudi di gerbang besar bisa jadi menantang

- Stres komponen mempengaruhi keandalan

- Peningkatan arus riak dan EMI memerlukan penyaringan ekstensif

- Tidak kompatibel dengan bus DC tegangan tinggi

- Desain termal bukanlah hal yang sepele

Dalam aplikasi modern, topologi HB digantikan oleh aplikasi penting seperti Uninterruptible Power Supplies (UPS) dan inverter fotovoltaik surya (PV). Topologi tiga tingkat menjadi dominan, yang dikenal sebagai I-Type dan T-Type.

Ada banyak aspek yang perlu ditingkatkan, termasuk mengurangi tegangan pada perangkat aktif untuk menurunkan kerugian, mengurangi distorsi harmonik, dan memungkinkan penggunaan komponen yang lebih kecil. Yang terpenting, topologi ini dapat mengurangi kerugian peralihan secara signifikan, mencapai efisiensi hingga 98% saat berpindah pada frekuensi tinggi mulai dari 16 kHz hingga 40 kHz.

Gambar 7: Topologi Konverter Tipe I dan Tipe T memiliki banyak keunggulan dibandingkan HB

Mencari Masa Depan

Meskipun beberapa orang mungkin menganggap teknologi IGBT "tradisional", teknologi ini tetap memainkan peran penting dalam aplikasi daya tinggi (tegangan/arus tinggi). Teknologi IGBT terus berkembang, dengan nilai Vcesat mendekati 1V, dan penyempurnaan struktural meningkatkan kepadatan dan mengurangi rugi-rugi.

Seperti biasa, saat menggunakan IGBT, perancang harus memiliki pemahaman penuh tentang persyaratan aplikasinya dan memilih topologi yang tepat untuk memastikan hasil dan kinerja yang optimal.