Раздел экспериментатора

Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева. Часть 3.

Опубликовано пн, 05/05/2014 - 12:13 пользователем Андрей Лыткин

Данная статья завершает цикл статей, посвященных недорогим модульным конструкциям лабораторных инверторов. На основе силового модуля, описанного в первом разделе данной статьи, и дополнительных модулей, описанных ранее, собрано несколько конструкций лабораторных инверторов, различающихся способом регулировки мощности и подстройки рабочей частоты инвертора (в том числе и автоматической). Каждый вариант представляет собой законченное устройство, которое может быть использовано для решения лабораторных задач, связанных с индукционным нагревом, генерацией неравновесной плазмы, ультразвука и т.п..
Как и в предыдущих статьях, приводится вся необходимая информация для самостоятельного изготовления модулей в непрофильной лаборатории: полные схемы, печатные платы, прошивки, исходные тексты программ, рекомендации по изготовлению и настройке.

Лабораторный инвертор с PDM-регулированием мощности.

Опубликовано пн, 05/05/2014 - 11:11 пользователем Андрей Лыткин

В статье описан вариант практической реализации лабораторного инвертора с полностью цифровым управлением. Для регулировки мощности используется цифровой модулятор плотности импульсов, а в качестве задающего генератора используется синтезатор частоты. Инвертор имеет следующие параметры: потребляемая мощность – до 2 кВт, диапазон частот – от 100 до 300 кГц с минимальным шагом 62.5 Гц, диапазон регулировки мощности – от 0 до 100% с минимальным шагом 1%. Схема управления реализована на трех микроконтроллерах. Для управления устройством используется «кнопочный» интерфейс с цифровой индикацией рабочей частоты и уровня модуляции (мощности). Все материалы, необходимые для самостоятельной реализации такого инвертора (схемы, печатные платы, готовые «прошивки» и исходные тексты), прилагаются.
 

Коаксиальная криптоловая печь.

Опубликовано пн, 05/05/2014 - 10:30 пользователем Андрей Лыткин

Криптоловые печи, довольно широко применявшиеся в первой половине прошлого столетия, в настоящее время почти неизвестны экспериментаторам. Тем не менее, такие печи – очень простой, быстрый и эффективный способ получения высоких (1500-2000 градусов и выше) температур в лабораторных условиях, если по каким-то причинам нет возможности использовать современное специальное оборудование (индукционные, дуговые или другие высокотемпературные печи). В данной статье в очень краткой форме (фотографии с минимальными комментариями) показана конструкция и порядок сборки коаксиальной криптоловой печи. Особенность этой печи в том, что ток течет радиально, концентрируясь около центрального цилиндрического графитового электрода. Этот электрод выполняет и роль тигля. Внешний коаксиальный электрод большего диаметра изготовлен из стали и играет дополнительную роль - боковой стенки печи. Помимо замыкания тока, внешние слои криптола, примыкающие к внешнему электроду, служат теплоизоляцией. При достаточно большом отношении радиусов внешнего и внутреннего электродов перегревная неустойчивость не возникает, высокотемпературная зона окружает только внутренний электрод, и печь работает устойчиво.
 

Способы подстройки частоты лабораторного инвертора.

Опубликовано пн, 05/05/2014 - 09:56 пользователем Андрей Лыткин

В статье рассмотрены способы регулировки частоты - еще одного важнейшего параметра, определяющего работу инвертора. Подробно проанализированы три класса решений задачи подстройки инвертора на резонансную частоту нагрузки: автономный генератор, автогенератор и ФАПЧ. Статья продолжает цикл публикаций, посвященных самодельным лабораторным инверторам, и ориентирована на экспериментаторов, которые не являются специалистами в силовой электронике, но хотели бы использовать инверторы в своей лабораторной практике (индукционный нагрев, источники питания электрических разрядов и ультразвуковых излучателей, и т.д.). Поэтому часть материала изложена в виде популярных физических демонстраций, а конкретные решения представлены в виде законченных практических схем со всеми сопутствующими материалами.
 

Цифровой модулятор плотности импульсов для регулирования мощности инвертора.

Опубликовано пн, 28/04/2014 - 11:42 пользователем Андрей Лыткин

В статье рассмотрены принцип действия, конструкция, программное обеспечение цифрового модулятора плотности импульсов и результаты его испытаний в качестве регулятора мощности инвертора напряжения. В применении к инвертору, работающему на резонансную нагрузку, такой способ модуляции обладает важным преимуществом: он дает возможность регулировать мощность инвертора без применения дополнительных силовых элементов, сохраняя «мягкий» режим переключения ключей во всем диапазоне регулирования мощности. Модулятор реализован всего на одной микросхеме (микроконтроллер ATtiny2313). Рабочая частота - до 300 кГц. Диапазон регулирования плотности импульсов (мощности) - от 0 до 100% с шагом 1%. Уровень модуляции устанавливается через последовательный интерфейс (USART) от внешней управляющей системы или от персонального компьютера.

Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева. Часть 2.

Опубликовано пн, 28/04/2014 - 10:37 пользователем Андрей Лыткин

В статье продолжено рассмотрение простых «бюджетных» конструкций инверторов напряжения, предназначенных для самостоятельного изготовления и использования в практике физико-химической лаборатории. Инвертор представляет собой полный мост ключей на мощных МОП-транзисторах с «ручной» частотной регулировкой мощности. Диапазон рабочих частот 60-300 кГц. Предусмотрено два режима работы: непрерывный (десятки часов и более) на уровне 1-2 кВт и кратковременной (10-20 мин) – до 4 кВт. Питание от сети 220 В. Приведены подробное описание каждого узла, схемы, фотографии и результаты тестовых испытаний. Описанный инвертор предназначен для питания высокотемпературной трубчатой печи, но может быть полезен и для решения других задач, связанных с бесконтактным нагревом до высоких температур – плавка металла, получение небольших образцов сплавов в «электромагнитном тигле» (левитационная плавка) и т.п.
 

Простой лабораторный инвертор для индукционного нагрева. Часть 1.

Опубликовано чт, 24/04/2014 - 17:01 пользователем Андрей Лыткин

В статье подробно описана схема, конструкция и приведены советы по изготовлению лабораторного инвертора, предназначенного для индукционного нагрева и плавки. Инвертор может быть легко интегрирован в существующее оборудование лабораторных установок (трубчатые печи, прогреваемые трубопроводы, нагрев электропроводных тиглей и т.п.). Он может также использоваться автономно для закалки и плавки (в том числе - во взвешенном состоянии) небольших образцов металлов и сплавов (несколько грамм). Мощность инвертора регулируется от 0 до 2 кВт, диапазон рабочих частот – от 60 кГц до 300 кГц, питание – от сети 220В.
 

Виртуальный USB-порт в лабораторной практике

Опубликовано вт, 22/04/2014 - 12:07 пользователем Андрей Лыткин

Подключение измерительного и контролирующего оборудования к компьютеру является неотъемлемым атрибутом любого современного физико-химического эксперимента. Виртуальный USB-порт – один из очень простых и эффективных способов решения такой задачи. В статье рассмотрены способы реализации таких портов на базе недорогих микроконтроллеров AVR, анализируются особенности аппаратного исполнения и программного обеспечения. Приводятся практические примеры решений нескольких типовых задач автоматизации эксперимента при помощи виртуальных USB-портов. В том числе - до сих пор еще актуальная задача замены бумажных самописцев в старых, морально устаревших, но еще функционирующих лабораторных приборах.