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

Year 2012, Issue: 029, 45 - 52, 12.12.2012

Ahmet Altıntaş Mehmet Necdet Yıldız İsmail Kızılkaya

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] J.S. Curran, A.M. Featherstone, “Electric-Induction Fluid Heaters”, Power Engineering Journal, 2(3), 157-160, (1988)
• [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] 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] 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] 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] 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] 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] B.S. Sazak, S. Öncü, S. Çetin, “Bir Ev Tipi İndüksiyon Isıtma Sistemi Tasarım Metodu”, Teknoloji Dergisi, 8(4), 321-329, (2005)
• [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] W.B.J Zimmerman, “Multiphysics Modelling with Finite Element Methods”, Series on Stability, World Scientific Pub., 432 p., (2006)
• [11] R.W. Pryor, “Multiphysics Modelling using COMSOL: A first principles approach”, Jones & Bartlett Pub., Mass., 852 p., (2011)
• [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] I. Kızılkaya, “İndüksiyon Isıtma Prensibi ile Çalışan Mikrokontrolcü Denetimli bir Sıvı Isıtıcısı Tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 67 s., (2010)