Kısmi Rezonanslı İndüksiyonlu Ocaklarda Çalışma Limitleri

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 3, 79 - 86, 29.09.2025

Metin Öztürk

Öz

Endüksiyon ile ısıtma (EI) teknolojisi, özellikle son yıllarda, yüksek verimlilik, hız, güvenli çalışma ve benzeri özellikleri nedeniyle ev türü uygulamalarda geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Ev türü EI sistemlerinde yüksek verimlilikleri ve yumuşak anahtarlama yetenekleri nedeniyle ağırlıklı olarak rezonanslı inverter devreleri kullanılmaktadır. EI sistemlerinde kullanılan rezonanslı inverterlerden tek anahtarlı kısmi rezonanslı (SSQR) inverter topolojisi düşük maliyet hedefli ve düşük güç gerektiren uygulamalar için tercih edilmektedir. Maliyet avantajına rağmen SSQR inverterin, yumuşak anahtarlama ile çalışabildiği çalışma aralığının dar oluşu, güç kontrolünün zorluğu, yarı iletken anahtarlarda oluşan akım ve gerilim zorlanmalarının diğer inverter uygulamalarına kıyasla yüksek olması gibi dezavantajları bulunmaktadır. Bu çalışmada EI'da kullanılan SSQR inverter için yarı iletken anahtarların maruz kalacağı aşırı akım ve aşırı gerilimler, çeşitli devre parametreleri kullanılarak önerilen hesaplama yöntemi ile hesaplanmıştır. Bu devre parametreleri arasında AC şebeke geriliminin doğrultulması ile elde edilen VDC gerilimi, tencere ve bobinden oluşan sistemin eşdeğer direnci REQ ve eşdeğer endüktans değeri LEQ, rezonans devresi kondansatörü CRES bulunmaktadır. Bu sayede devre elemanlarının akım ve gerilim zorlanması üzerinde ne kadar etkili olduğu tespit edilmiştir. Sonrasında ise simulasyon sonuçları ve uygulama sonuçları yardımıyla elde edilen sonuçlar doğrulanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Endüksiyonlu ısıtma sistemleri , rezonanslı inverter , tek anahtarlı kısmi rezonanslı inverter , yarı iletken anahtar

Kaynakça

• [1] O. Lucía, P. Maussion, E. Dede, ve J. M. Burdío, “Induction heating technology and its applications: Past Developments, current Technology, and future challenges”, IEEE Trans. Ind. Electron., c. 61, sayı 05, ss. 2509–2520, 2014, doi: 10.1109/TIE.2013.2281162.
• [2] M. Öztürk, F. Züngör, ve D. Ersoy, “Ev Tipi Endüksiyon Isıtmalı Ocakların Analizi”, EMO Bilim. Dergi, c. 14, sayı 2, ss. 117–129, 2024, [Çevrimiçi]. Available at: https://dergipark.org.tr/tr/pub/emobd/issue/86413/1510028.
• [3] M. K. Kazimierczuk ve S. Wang, “Frequency-domain analysis of series resonant converter for continuous conduction mode”, IEEE Trans. Power Electron., c. 7, sayı 2, ss. 270–279, Nis. 1992, doi: 10.1109/63.136243.
• [4] S. Aslan, U. Oktay, ve N. Altintas, “A Novel Non-Resonant Full-Bridge Multi-Output Topology for Domestic Induction Heating Applications”, Electronics, c. 14, sayı 3, s. 596, Şub. 2025, doi: 10.3390/electronics14030596.
• [5] M. Ozturk ve N. Altintas, “Multi-output AC–AC converter for domestic induction heating”, Electr. Eng., c. 105, sayı 1, ss. 297–316, Şub. 2023, doi: 10.1007/s00202-022-01664-8.
• [6] T. Tanaka, “A new induction cooking range for heating any kind of metal vessels”, IEEE Trans. Consum. Electron., c. 35, sayı 3, ss. 635–641, 1989, doi: 10.1109/30.44329.
• [7] H. Sarnago, O. Lucia, A. Mediano, ve J. M. Burdio, “A Class-E Direct AC–AC Converter With Multicycle Modulation for Induction Heating Systems”, IEEE Trans. Ind. Electron., c. 61, sayı 5, ss. 2521–2530, May. 2014, doi: 10.1109/TIE.2013.2281164.
• [8] H. P. Park, M. Kim, J. H. Jung, ve H. S. Kim, “Load adaptive modulation method for all-metal induction heating application”, Conf. Proc. - IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo. - APEC, c. 2018-March, ss. 3486–3490, 2018, doi: 10.1109/APEC.2018.8341606.
• [9] H. Sarnago, O. Lucia, ve J. M. Burdio, “Multiple-output ZCS resonant inverter for multi-coil induction heating appliances”, Conf. Proc. - IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo. - APEC, ss. 2234–2238, 2017, doi: 10.1109/APEC.2017.7931010.
• [10] M. S. Huang, C. C. Liao, Z. F. Li, Z. R. Shih, ve H. W. Hsueh, “Quantitative Design and Implementation of an Induction Cooker for a Copper Pan”, IEEE Access, c. 9. ss. 5105–5118, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3046713.
• [11] S. H. Jeong, J. Il Jin, H. P. Park, ve J. H. Jung, “Enhanced load adaptive modulation of induction heating series resonant inverters to heat various-material vessels”, J. Power Electron., c. 22, sayı 6, ss. 1020–1032, 2022, doi: 10.1007/s43236-022-00409-x.
• [12] E. Jang, S. M. Park, D. Joo, H. M. Ahn, ve B. K. Lee, “Analysis and Comparison of Topological Configurations for All-Metal Induction Cookers”, J. Electr. Eng. Technol., c. 14, sayı 6, ss. 2399–2408, 2019, doi: 10.1007/s42835-019-00292-w.
• [13] W. Han, K. T. Chau, W. Liu, X. Tian, ve H. Wang, “A Dual-Resonant Topology-Reconfigurable Inverter for All-Metal Induction Heating”, IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., c. 10, sayı 4, ss. 3818–3829, 2022, doi: 10.1109/JESTPE.2021.3071700.
• [14] H. Sarnago, Ó. Lucía, A. Mediano, ve J. M. Burdío, “Analytical Model of the Half-Bridge Series Resonant Inverter for Improved Power Conversion Efficiency and Performance”, IEEE Trans. Power Electron., c. 30, sayı 8, ss. 4128–4143, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2359576.
• [15] H. I. Hsieh, C. C. Kuo, ve W. Te Chang, “Study of half-bridge series-resonant induction cooker powered by line rectified DC with less filtering”, IET Power Electron., 2023, doi: 10.1049/pel2.12503.
• [16] H. W. Koertzen, J. D. van Wyk, ve J. A. Ferreira, “Design of the half-bridge, series resonant converter for induction cooking”, içinde PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference, 1995, c. 2, ss. 729–735, doi: 10.1109/pesc.1995.474899.
• [17] F. Zungor, H. Bodur, M. Ozturk, ve H. Obdan, “Design Methodology of Series Resonant Half Bridge Inverter for Induction Cooker”, IEEE Access, c. 11, sayı November, ss. 135476–135492, 2023, doi: 10.1109/ACCESS.2023.3338542.
• [18] M. Ozturk, “A Simplified Design Method for Quasi-Resonant Inverter Used in Induction Hob”, Electronics, c. 12, sayı 19, s. 4145, Eki. 2023, doi: 10.3390/electronics12194145.
• [19] I. Sheikhian, N. Kaminski, S. Voß, W. Scholz, ve E. Herweg, “Optimisation of Quasi-resonant Induction Cookers”, 2013 15th Eur. Conf. Power Electron. Appl. EPE 2013, 2013, doi: 10.1109/EPE.2013.6631837.
• [20] M. Ozturk, F. Zungor, B. Emre, ve B. Oz, “Quasi Resonant Inverter Load Recognition Method”, IEEE Access, c. 10, sayı August, ss. 89376–89386, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3201355.
• [21] J. Villa, D. Navarro, A. Dominguez, J. I. Artigas, ve L. A. Barragan, “Vessel Recognition in Induction Heating Appliances - A Deep-Learning Approach”, IEEE Access, c. 9. ss. 16053–16061, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3052864.
• [22] Z.-F. Li, J.-C. Hu, M.-S. Huang, Y.-L. Lin, C.-W. Lin, ve Y.-M. Meng, “Load Estimation for Induction Heating Cookers Based on Series RLC Natural Resonant Current”, Energies, c. 15, sayı 4, s. 1294, Şub. 2022, doi: 10.3390/en15041294.
• [23] E. Spateri, F. Ruiz, ve G. Gruosso, “Modelling and Simulation of Quasi-Resonant Inverter for Induction Heating under Variable Load”, Electron., c. 12, sayı 3, 2023, doi: 10.3390/electronics12030753.
• [24] J. Acero, J. M. Burdío, L. A. Barragán, ve R. Alonso, “A model of the equivalent impedance of the coupled winding-load system for a domestic induction heating application”, IEEE Int. Symp. Ind. Electron., sayı 1, ss. 491–496, 2007, doi: 10.1109/ISIE.2007.4374646.
• [25] H. Okuno, H. Yonemori, ve M. Kobayashi, “Relation of gap length and resonant frequency about a double-coil drive type IH cooker”, içinde 2008 15th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, Ağu. 2008, ss. 65–68, doi: 10.1109/ICECS.2008.4674792.
• [26] H. Omori, H. Yamashita, M. Nakaoka, ve T. Maruhashi, “A novel type induction-heating single-ended resonant inverter using new bipolar Darlington-Transistor”, içinde 1985 IEEE Power Electronics Specialists Conference, Haz. 1985, ss. 590–599, doi: 10.1109/PESC.1985.7070998.
• [27] W. P. W. KOMATSU, “A simple and reliable class E inverter for induction heating applications”, Int. J. Electron., c. 84, sayı 2, ss. 157–165, Şub. 1998, doi: 10.1080/002072198134922.
• [28] H. Terai vd., “Comparative performance evaluations of IGBTs and MCT in single-ended quasi-resonant zero voltage soft switching inverter”, içinde 2001 IEEE 32nd Annual Power Electronics Specialists Conference (IEEE Cat. No.01CH37230), c. 4, sayı 1, ss. 2178–2182, doi: 10.1109/PESC.2001.954443.
• [29] M. N. O. S. Charles K. Alexander, Fundamentals of Electric Circuits, 7th Editio. McGraw-Hill Education,.