Tehonrajoituspiiri

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin helsinkiläiselle Heatpoint Oy:lle. Työssä suunniteltiin tehonrajoituspiiri markkinoille myytäväksi tarkoitettuun induktiokuumentimeen. Induktiokuumentimen perustana toimi Ellego Powertec Oy:n valmistama hakkuritehonlähde. Tehonrajoituspiirillä pyrittiin ehkäisemään hakkuriteholähteen verkosta ottamia virtapiikkejä.

Työssä luodaan yksi ratkaisu Urmas Jöksin (2008) insinöörityössään kohtaamiin ongelmiin induktiokuumentimen kehittämisessä. Jöksi sai induktiokuumentimen toimimaan hyvin tavallisissa lämmitystilanteissa, mutta ääritilanteissa tapahtuneet kytkintransistoreiden rikkoutumiset estivät projektin valmistumisen. Jöksin projektissa havaittiin, että induktiokuumennin ottaa tehotransistoreiden hajoamistilanteissa verkosta liikaa tehoa.

Työn tavoitteena oli suunnitella valmis tehonrajoituspiiri, joka valvoo ja tarvittaessa rajoittaa induktiokuumentimen verkosta ottamaa virtaa. Työssä rakennettiin kaksiosainen piiri, jossa UJT-oskillaattoripiirin avulla ohjattiin kuormaa syöttävää tyristorisiltaa ja tarkkailupiirin avulla tarkkailtiin kuorman ottamaa virtaa.

Tehonrajoituspiiri saatiin mittaustilanteissa käytetyillä kuormilla toimimaan varsin luotettavasti. Mittauksiin soveltuvien kuormien vähyyden takia laitetta pystyttiin kuitenkin testaamaan valitettavan vähän. Suunnitteluun kuluneen ajan ja tyristorisiltaan liittyneiden ongelmien takia tehonrajoituspiiriä ei aivan pystytty kehittämään valmiiksi laitteeksi. Esimerkiksi valmiille laitteelle tarvittavia EMC-mittauksia ei ehditty suorittamaan.

Insinöörityössä kehitetty tehonrajoituspiiri oli toiminnaltaan helposti säädettävä ja muunneltava. Loppuun asti kehiteltynä tehorajoituspiirillä pystyttäisiin todennäköisesti suojaamaan myös muita laitteita kuin induktiokuumenninta.

This graduate study was carried out for the Helsinki based Heatpoint Oy. During this study a power limiting circuit was designed for an induction heater with the intention of making it a commercial product. The power for the induction heater was supplied by a switched-mode power supply manufactured by Ellego Powertec Oy. The main idea behind the power limiting circuit was to prevent current spikes that the swiched-mode power supply takes from the power distribution networks.

The objective of this study was to create a solution to the problems Urmas Jöksi (2008) was facing in his graduate study on developing the induction heater. Jöksi managed to make the induction heater work in standard heating situations, but the switching transistors kept breaking down in extreme heating situations. Jöksi noticed that these problems occur when the induction heater takes too much power from the mains.

The goal of this graduate study was to design a complete power limiting circuit that monitors and, if needed, limits the amount of current that the induction heater takes from the mains. In this study a two part circuit was made, which uses a UJT relaxation oscillator circuit that controls the load feeding thyristor bridge and a monitoring circuit that probes the amount of current the load is taking.

When making the measurements, it was found that the power limiting circuit was fuctioning very reliably. However, the loads used in the tests did not quite match real situations. Due to the time spent for designing the device as well as some thyristor bridge related problems, it was not possible to finish the complete machine. For example, there was not sufficient time to perform the necessary EMC measurements.

The power limiting circuit developed in this graduate study turned out to be easily adjustable and convertible. Once developed to the finish, the power limiting circuit could probably be used to protect also other devices than the indution heater.