Een inductiekookplaat op DC?! Onderzoek naar het geschikt maken van een inductiekookplaat voor voeding met gelijkstroom 15 juni 2018 door Marc Kuppens
Aanleiding Apparatuur voor DC pilot Onderzoek naar werking DC netwerk door netbeheerders Gehele keten werkend op DC voor realistisch beeld Afstudeer opdracht Diëgo Zuidervliet Hoofdvraag van het onderzoek Is het mogelijk om een huishoudelijk apparaat op AC te modificeren zodat deze met 300-400Vdc kan worden gevoed met behoud van functionaliteiten?
Vooronderzoek eenvoudige inductiekookplaat Werking inductie principe Topologie van een inductiekookplaat Elektrische opbouw
Werking inductie principe (Elektro) Magnetisch veld wordt in spoel opgewekt Magnetisch veld wordt omgezet naar wervelstromen in metalen pan Wervelstromen zorgen voor opwarming van het metaal van de pan Warmte in het metaal wordt afgegeven aan inhoud van de pan
Topologie van een inductiekookplaat Filter Gelijkrichter IGBT LC kring 230Vac lichtnet Gelijkrichter SMPS Elektronica + bediening IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor SMPS: Switch Mode Power Supply
Topologie van een inductiekookplaat Voeding nr. 1 Filter Gelijkrichter IGBT LC kring 230Vac lichtnet Gelijkrichter SMPS Elektronica + bediening
Topologie van een inductiekookplaat Voeding nr. 1 Filter Gelijkrichter IGBT LC kring 230Vac lichtnet Voeding nr. 2 Gelijkrichter SMPS Elektronica + bediening
Elektrische opbouw 230V AC smps µc bediening
Elektrische opbouw Filter (AC) Gelijkrichter (AC/DC) LC kring 230V AC IGBT Gelijkrichter (AC/DC) smps Geschakelde voeding (DC/DC) µc bediening Microcontroller, regeling, bediening, beveiliging
Onderzoek inductiekookplaat Atag Inbouwmodel inductiekookplaat uit hogere prijsklasse Identieke opbouw maar verschil in vermogen en beveiliging
Onderzoeksmethode Schema opstellen d.m.v. reverse engineering Analyse Metingen met AC voeding Simuleren Modificeren Metingen met DC voeding Vergelijking AC t.o.v. DC
Reverse engineering Hardware onderzoeken en vertalen naar elektrisch schema
Analyse Voeding-DC smps µc bediening Werking apparaat doorgronden en mogelijke aanpassingen bedenken
Metingen bij AC voeding D.Zuidervliet AC Measurements ATAG Half-Bridge Induction Cooker 13-12-2017 Program: Voltage: (RMS) Current: Power: Time Duty Cycle Standby: On: Dty+ Dty- Current Flow Coil Current(RMS): Current(Peak-Peak): (RMS) (RMS) Standby 230,9 V 0,51 A 12,01 W - - - - - A - A 1 231,6 V 1,31 A 234 W 4,00s 1,00s 11,00% 89,00% 2,32 A 44,01 A 2 231,0 V 1,44 A 287 W 3,50s 1,50s 11,00% 89,00% 2,27 A 46,31 A 3 230,8 V 1,58 A 320 W 2,00s 3,00s 11,00% 89,00% 2,72 A 49,76 A 4 230,0 V 1,58 A 320 W 0,50s 4,50s 11,00% 89,00% 2,62 A 49,76 A 5 229,0 V 2,08 A 445 W - - 11,00% 89,00% 3,49 A 50,72 A 6 228,9 V 2,74 A 607 W - - 13,00% 87,00% 4,02 A 55,98 A 7 228,4 V 3,90 A 880 W - - 15,80% 84,20% 4,58 A 66,51 A 8 227,3 V 5,13 A 1160 W - - 18,50% 81,50% 7,49 A 76,55 A 9 226,4 V 6,03 A 1360 W - - 20,90% 79,10% 10,10 A 81,34 A 10 226,4 V 6,87 A 1540 W - - 22,75% 77,25% 10,77 A 86,12 A 11 225,5 V 7,74 A 1730 W - - 24,25% 75,75% 11,25 A 110,04 A 12 223,7 V 9,55 A 2130 W - - 27,90% 72,10% 19,26 A 121,53 A BOOST 219,9 V 16,20 A 3540 W - - 49,90% 50,10% 36,89 A 144,50 A ABB Hall-Sensor (Voltage/418*2000=) Uit metingen blijkt dat interne werkspanning = 230 Vdc
Simuleren van AC en DC AC voeding DC voeding Voeding met DC testen zonder fysieke aanpassingen. 230Vdc werkt goed. Hogere spanningen geven overbelasting (300Vdc +70%, 400Vdc +210%).
Modificeren Printplaat en aansluitingen aanpassen Aanwezigheid 50Hz nabootsen Aanpassen zodat functionaliteit bij voeding met DC gehandhaafd blijft
DC metingen Herhalen van de AC metingen bij voeding met DC. Resultaten vergelijken met simulatie en AC waarden.
DC metingen Uitkomst: Kookplaat functioneert prima met 230Vdc voeding Regelbereik kookvermogen werkt gelijkmatiger Een hogere voedingsspanning leidt tot meer vermogensopname -> beveiliging grijpt in
Conclusie Een inductiekookplaat kan met een eenvoudige aanpassing met DC gevoed worden mits het spanningsniveau geoptimaliseerd is Werking op een hogere spanning is mogelijk met een DC/DC omzetter Direct voeden met een hogere DC spanning is mogelijk wanneer de software van de kookplaat aan te passen is
Vervolg Haagse Hogeschool en Atag Werkend maken voor directe 300-400Vdc voeding
ATAG BENELUX: vision, mission, values & culture 21
Premium KRT, ERT, Etail and Projects Middle market segment KRT, and Projects Lower market segment, entry brand All Channels 22
PRODUCT LINES Hobs: gas, induction, ceramic Ovens Microwaves & combi-microwaves Steam ovens & combi-steam ovens Coffee machines Cooker hoods Freestanding cookers Fridges & Freezer Dishwashers Washing machines Tumble dryers 23
ATAG & DC Energy transition Smart energy management 24
Project Concept LINQ Solar Decathlon Middle East 2018 25