유도가열 기술은 담금질, 단조를 위한 예열, 용융 그리고 요리 등과 같은 산업 전반에 걸쳐서 아주 폭넓게 사용되는 기술이다. 본 논문에서는 IH-JAR의 효과적인 설계를 위하여 자계 및 열 해석을 하였다. IH-lAR의 내부자계는 3차원 축대칭 유한요소법을 사용하여 해석하였으며, 열원은 IH-JAR 내부에서 유도된 와전류에 의하여 발생되고, 열은 열원과 열방정식을 사용하여 계산되어진다. 또한, IH-JAR의 온도분포를 시간과 투자율에 따라 제시하였다.
본 논문에서는 IH-Jar에 적합한 스위칭 시 턴 온 및 턴 오프 손실을 줄일 수 있는 소프트 스위칭 기법인 ZVS를 이용한 고주파 공진 인버터에 대해서 나타내고 있다. 또한 제안 회로의 해석은 정규화 파라미터를 도입하여 범용성 있게 기술하였고, 제안 인버터의 운전 특성은 스위칭 주파수와 제 파라미터에 따라 특성 평가를 하였다. 이론 해석을 통해 얻은 특성값을 토대로 1.3[kW] IH-Jar 설계 기법의 일예를 제시하였다. 스위칭 소자료 IGBT를 이용한 실험을 통해 이론 해석의 정당성을 입증하였으며, 향후 유도 가열 조리기, IH-Jar 등과 같은 다양한 전원시스템 응용되리라 사료된다.
Induction heating is widely used in today's industry, in operations such as metal hardening, preheating for forging operations, melting or cooking. In this paper, it was presented the magneto-thermal analysis of an induction heating jar(IH-JAR) with the material value of the stainless and the aluminum for efficient design. The magnetic field intensity inside the axisymmetric shaped cooker was analyzed using three-dimensional axisymmetric finite element method(FEM) and the effectual heat source was obtained by ohmic losses from eddy currents induced in the jar. The heat was calculated using the heat source and heating equation. Also, it was represented the temperature characteristics of the IH-JAR according to time and relative permeability in stainless parts and in aluminum parts.
A die-casting junction method is usually used to manufacture the tub of an IH(induction heating) jar. If there is a very small air bubble in the junction area, the thermal conductivity is deteriorated and local overheat occurs. Such problem brings serious inferiority of the IH jar. In this paper, we propose a new method to detect such defect with simply measured thermal data. Thermal distribution of preheated tubs is obtained by scanning with infrared thermal sensors and analyzed with the statistic pattern recognition method. By defining the characteristic feature as the temperature difference between sensors and using ellipsoid function as decision boundary, a supervised learning method of genetic algorithm is proposed to obtain the required parpameters. After applying the proposed method to experiment, we have proved that the rate of recognition is high even for a small number of data set.
In this paper, a simple power control scheme for a constant frequency Class-D inverter with a variable duty cycle is proposed. It is more suitable and acceptable for high- frequency induction heating (IH) jar applications. The proposed control scheme has the advantages of not only wide power regulation range but also ease of control output power. Also it can achieve a stable and efficient Zero-Voltage-Switching (ZVS) in a whole load range. The control principles of the proposed method are described in detail and its validity is verified through simulated and experimental results on 42.8kHz IGBT for induction heating rated on 1.6kW with constant frequency variable power.
In this paper, the magneto-thermal analysis of an induction heating jar is presented as an efficient design. The magnetic field inside the axisymmetric shaped cooker is analyzed using an axisymmetric FEM(Finite Element Method) and the effectual heat source is obtained by calculation of the induction current in the Jar. The temperature distribution can be calculated using the heat source and heat equation.
가전산업과 연계하여 유도가열 기술을 응용한 대표적인 시스템으로 IH압력밥솥을 예로 들 수 있다. 유도가열 코일에서 고주파 자속의 의해 발생된 와전류가 결합된 밥솥을 가열하기 때문에 유도가열 코일에는 고주파 손실을 줄이기 위해 Litz wire가 사용된다 이에 본 논문은 특히 IH압력밥솥에 사용되는 Litz wire를 선정하는 데 있어 중요한 요소가 되는 소선경, 가닥수별 AC DC 저항 및 손실계산 그리고 Cost 예측 방법을 제안한다.
In this paper, a new control scheme of Class-E inverter for Induction Heating (IH) Jar applications with clamped voltage characteristics using Pulse-Frequency-Modulation (PFM) is introduced. To reduce the voltage stress of switch, the proposed PFM control scheme doesn't need any auxiliary circuit in comparison to a family of Active Clamped Class-E (ACCE) inverter. It can decrease voltage stress of switch through modulation of switching frequency. The Class-E inverter using the proposed control scheme has the advantage of not only the same output power when it is compared with a Hybrid-Active Clamped Class-E (Hybrid-ACCE) inverter but also Zero-Voltage-Switching (ZVS), which are characteristics of conventional Class-E and ACCE inverter. The control principles and analysis of proposed method are explained in detail and its validity is verified through simulation and experimental results.
In this paper, a simple power control scheme of Class-D inverter, which is varied duty cycle of fixed frequency to desired output power. It is more suitable and acceptable for high-frequency induction heating (IH) jar applications. The proposed control scheme has the advantages of not only wide power regulation range but also ease to control output power. Also it can achieve the stable and efficient Zero-Voltage-Switching (ZVS) in whole load range. The control principles of proposed method are described in detail and its validity is verified trough simulations results on 38.5kHz IGBT for induction heating rated on 1.6kW with constant frequency variable power.
This paper presents a new hybrid control scheme using Active-Clamped Class-E(ACCE) inverter for the Induction Heating (IH) jar. The proposed hybrid control scheme has characteristics, which acts as class-E inverter at lower switch voltage and ACCE inverter at higher switch voltage than reference voltage of the main switch by feeding back voltage of the switch. The proposedv hybrid control scheme also has advantage of conventional ACCE inverter such as Zero-Voltage-Switch(ZVS) of the main switch and the reduced switch voltage due to clamping cricuit. Moreover, the proposed hybrid control method using ACCE inverter has higher output power than convenional control scheme since ACCE inverter operates like class-E inverter at low input voltage condition. The principles of the proposed control are explained in detail and the validity of the proposed control scheme is verifed through the several interesting simulated and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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