DESIGN OF A MICROCONTROLLER BASED LIQUID HEATER OPERATING WITH THE PRINCIPLE OF INDUCTION HEATING

Abstract

 In this study, a microcontroller based liquid heater operating with the principle of induction heating is designed, realized and tested. Induction heating technology has the superiorities of being a system whose process duration is short, which has no temperature distribution through environment with its high efficiency and do not let occasions such as combustion or bursting. Due to these superiorities; its usage in industry and home-type applications has been increasing everyday. In the developed prototype, 220 V AC public electrical main supply is converted to the DC bus voltage with the aid of the bridge rectifier and filter. Then, the obtained DC bus voltage is supplied to a 16.66 kHz parallel resonant circuit via a bridge DC-AC converter. In the experimental studies, public water supply is used as liquid. According to the measurements results, the developed prototype increases the water temperature from 30 °C to 64 °C at flow-rate of 1 lt/min, and from 30 °C to 94 °C at flow-rate of 0.5 lt/min.

Keywords

• Induction Heating,Liquid Heater,Parallel Resonance,PWM inverter

İndüksiyon Isıtma Prensibi İle Çalışan Mikrokontrol Denetimli Bir Sıvı Isıtıcısı Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, indüksiyon ısıtma prensibi ile çalışan mikrokontrol denetimli bir sıvı ısıtıcısı tasarlanmış ve test edilmiştir. İndüksiyon ısıtma teknolojisi; ısıtma işlem süresinin kısa olması, bulunduğu ortama ısı yaymaması, yüksek verimliliği, alevlenme ve patlama vb. olumsuzluklarının bulunmaması gibi üstünlüklere sahiptir. Bu üstünlükler dolayısıyla, indüksiyon ısıtma teknolojisinin kullanımı endüstri ve ev tipi uygulamalarda gün geçtikçe artmaktadır. Bu çalışmada uygulaması yapılan örnek modelde, şehir elektrik şebekesinden alınan 220 V'luk AC gerilim, köprü tipi doğrultmaç ve filtre yardımıyla DC gerilime dönüştürülmüştür. Elde edilen bu DC gerilim daha sonra, bir köprü tipi DC-AC dönüştürücü üzerinden 16.66 kHz'lik bir paralel rezonans devresine uygulanmıştır. Deneysel çalışmalarda, sıvı olarak şehir su şebekesi kullanılmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre, geliştirilen örnek model 1 lt/dak'lık akış debisine sahip suyun sıcaklığı 30 °C'den 64 °C'ye, 0.5 lt/dak'lık akış debisine sahip suyun sıcaklığı 30 °C'den 94 °C'ye yükseltmiştir.

Keywords

• İndüksiyonla Isıtma,Paralel Rezonans,PWM İnvertör,Sıvı Isıtıcı

References

1. [1] J.S. Curran, A.M. Featherstone, “Electric-Induction Fluid Heaters”, Power Engineering Journal, 2(3), 157-160, (1988)
2. [2] M. Kenada, S. Hishikawa, T. Tanaka, B. Guo, M. Nakaoka, “Innovative Electromagnetic Induction Eddy Current-Based Dual Packs Heater Using Voltage-Fed High-Frequency PWM Resonant Inverter for Continuous Fluid Processing in Pipeline”, IEEE Engineering Technologies, Vol.2, 797-802, (1999)
3. [3] T. Nakamizo, M. Kenada, S. Hishikawa, B. Guo, H. Iwamoto, M. Nakaoka, “New Generation Fluid Heating Appliance Using High Frequency Load Resonant Inverter”, IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems, PEDS’99, Hong Kong, Vol.1, 309-314, (1999)
4. [4] H. Sadakata, M. Nakaoka, H. Yamashita, H. Omori, H. Terai, “Development of Induction Heated Hot Water Producer Using Soft Switching PWM High Frequency Inverter”, IEEE, PCC-Osaka-2002, Vol.2, 452-455, (2002)
5. [5] M.N. Yıldız, N. Alan, “2,2 kW’lık İndüksiyonlu Sıvı Isıtıcısı Tasarımı ve Denenmesi”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 3(3), 11-23, (2006)
6. [6] T. Tanaka, “A New Induction Cooking Range for Heating any Kind of Metal Vessels”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, 35(3), 635-641, (1989)
7. [7] D.M. Shin, M.K. Lee, K.H. Koh, H.W. Lee, “A Study on About Implementation to Induction Heating Cooker That Load Turbo Inverter Algorithm”, IEEE, PCC-Osaka-2002, Vol.2, 456-459, (2002)
8. [8] B.S. Sazak, S. Öncü, S. Çetin, “Bir Ev Tipi İndüksiyon Isıtma Sistemi Tasarım Metodu”, Teknoloji Dergisi, 8(4), 321-329, (2005)

9. [9] S. Çetin, B.S. Sazak, “Mutfak Tipi İndüksiyon Isıtma Cihazları İçin Üç Çıkışlı Bir Seri Rezonans İnverter Uygulaması”, Teknoloji Dergisi, 9(1), 7-16, (2006)
10. [10] W.B.J Zimmerman, “Multiphysics Modelling with Finite Element Methods”, Series on Stability, World Scientific Pub., 432 p., (2006)
11. [11] R.W. Pryor, “Multiphysics Modelling using COMSOL: A first principles approach”, Jones & Bartlett Pub., Mass., 852 p., (2011)
12. [12] S. Khan, M. Ahamae, M.A. Khan, “Innovative Applications of Induction Heating for Selective Heat-Treatment”, Science Vision, Vol.5, 14-19, (2000)
13. [13] I. Kızılkaya, “İndüksiyon Isıtma Prensibi ile Çalışan Mikrokontrolcü Denetimli bir Sıvı Isıtıcısı Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 67 s., (2010)