Частота тока в индукционной плите

Частота тока в индукционной плите

Индукционная плита отличается от обычной тем, что разогревает металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем. При работе с такой плиткой используют посуду, изготовленную из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей. Например обыкновенная сталь, поэтому посуду для индукционных печей можно проверять магнитом. Но не бойтесь ошибиться в выборе материала — современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включают генератор.

При этом никакого физического нагрева поверхности не происходит. Можно положить на плиту бумагу — она незагорится, или прикоснуться ладонью и не обжечься. В отличии от микроволновки, нагревающей сам продукт изнутри (жидкость, находящуюся в пище), индукционная плита греет только металл и металлическую посуду, которая, в свою очередь, передаёт тепло еде (что-то похожее на обычную электроплиту).

Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке.

1 — посуда,
2 — стеклокерамическая поверхность,
3 — изоляция,
4 — индукционная катушка,
5 — преобразователь частоты,
6 — блок управления.

Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. В днище посуды наводятся токи индукции, которые нагревают её, а заодно и помещенные в посуду продукты. В такой плите нагрев происходит быстрее, чем на газовой или на электрической плите — примерно в полтора раза.

Принципиальная схема индукционной плиты довольно сложная, и может существенно отличаться для различных моделей. Особенно блок электронного управления. Хотя основа — генератор, драйвер на транзисторах средней мощности и выходной биполярный транзистор с изолированным затвором, типа IGBT H20R1202 (IRGP 20B120), который управляет катушкой индуктора, одинакова у всех плит. Несколько электросхем показаны ниже — клик для увеличения.

Самый сложный элемент индукционной плитки — электронный блок управления . Он не просто включает или регулирует мощность генератора, а делает это по специальной программе — вначале на пару минут выведет плиту на максимальную мощность, а когда вода закипит, убавит мощность до заданного уровня. А ещё продвинутые модели имеют инфракрасные сенсоры, контролирующие процесс приготовления пищи. Они следят за температурой сковороды или кастрюли и снижают мощность нагрева по достижении заданной вами температуры. Жарка под термоконтролем исключает возможность воспламенения жира и повреждения сковороды вследствие перегрева. После снятия посуды — плита автоматически отключается.

В настоящее время промышленность выпускает как отдельные небольшие индукционные одноконфорочные плитки, так и большие стационарные, встраиваемые четырёхместные поверхности. Стоимость такой плиты несколько выше, чем обычной, но купив индукционную плиту вы существенно сэкономите на электроэнергии — до 50%, по отзывам людей. А также уменьшаете вероятность порчи посуды и продуктов.

Индукционная плита — кухонная электрическая плита, разогревающая металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем частотой 20–100 кГц.

Содержание

Конструкция [ править | править код ]

Конструкция плиты состоит из корпуса, платы управления на микроконтроллере, к которому подключен датчик температуры и схема управления силовой частью, силовая часть с мощным выпрямителем и импульсным регулятором (обычно на IGBT-транзисторе).

Регулирование мощности осуществляется, как правило, двояко: непрерывно и импульсно [1] . Для последовательного инвертора с изменяемой частотой (variable-frequency invertor, VFI) это выглядит так: на максимальной мощности плита работает на наибольшей частоте (как правило, это 50–100 кГц), при снижении мощности частота понижается. Но ниже (примерно) 20 кГц частоту не понижают во избежание появления некомфортного для пользователей звука (частоты выше 20 кГц люди не слышат). Поэтому при задании мощности ниже той, при которой инвертор работает на частоте 20 кГц, конфорка переходит в режим прерывистого нагрева: раз в несколько секунд включается и выключается. Чем на меньшее время она будет включаться, тем меньше будет мощность (вид широтно-импульсной модуляции).

Читайте также:  Телесный цвет это какой

Индукционные плиты изготавливаются различного конструктива: выпускаются как малогабаритные переносные устройства, имеющие одну-две конфорки (настольные), так и варочные поверхности, предназначенные для встраивания в кухонную мебель и отдельностоящие стационарные плиты.

Также выпускаются печи с комбинированным набором нагревательных элементов: часть конфорок индукционные, часть используют ТЭНы.

Используемая посуда [ править | править код ]

При работе с плитой желательно использовать специальную посуду, изготовленную из материала с подходящими характеристиками, который бы эффективно поглощал энергию магнитного поля. Такими характеристиками являются удельное сопротивление и магнитная проницаемость (влияет на глубину скин-слоя).

Вопреки расхожему заблуждению, материал посуды для индукционного нагрева принципиально не обязан обладать ферромагнитными свойствами, но на практике для достижения высокого КПД (без которого применение подобных плит не имело бы смысла) подходящим материалом оказались только металлы-ферромагнетики, в частности — обыкновенная сталь (скин-слой в них гораздо тоньше, а значит, их сопротивление, возникающее в них при помещении в магнитное поле вихревым токам намного выше, и выделение тепла в том же магнитном поле тоже выше), поэтому посуду для индукционных печей можно проверять магнитом. Современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае переходят в рабочий режим (включают магнитное поле).

Вообще, традиционная эмалированная железная (стальная) посуда отлично подходит для индукционных плит. Но, если кастрюля имеет дно не современное, плоское, а «в старом стиле», с возвышением в центральной части, возможно появление заметного гула или писка при работе из-за колебаний этого возвышения наподобие диафрагмы громкоговорителя.

Посуда из нержавеющей стали (ферромагнитной — есть и немагнитная) и чугуна тоже, как правило, хорошо подходит. Общее правило: если у посуды в дне имеется слой ферромагнитного металла (например, сталь), не отделённый от конфорки ничем, кроме диэлектриков (например, эмалью) — посуда подойдёт, независимо от того, какие материалы и какой толщины лежат выше ферромагнитного слоя (магнитное поле выше него практически не проникает).

В продаже имеются стальные диски, которые и нагреваются непосредственно от возникающего индукционного поля и позволяют использовать посуду, которая сама по себе для таких плит не подходит, а также за счёт толщины диска выравниваются колебания температуры нагрева-охлаждения при использовании плит с импульсным способом регулировки мощности.

Преимущества и недостатки [ править | править код ]

  • Не требуется времени на разогрев конфорки (в отличие от плит с ТЭНами) — энергия выделяется прямо в толще посуды, сразу с заданной мощностью. Это вплотную приближает индукционные плиты по удобству к газовым.
  • КПД около 90 % (в отличие от 60–70 % у электрических плит с резистивными нагревательными элементами и 30–60 % у газовых плит) благодаря отсутствию утечки мимо посуды потоков тепла от раскалённых резистивных нагревательных элементов или газов.
  • Конфорки не включатся, если не обнаружат на своей поверхности посуду с магнитным дном (в противном случае это быстро вывело бы из строя высокочастотный генератор, а также возможен ущерб здоровью под действием мощного магнитного поля). Чтобы конфорка включилась, нужно перекрыть посудой существенную часть её площади (как правило, диаметр дна посуды должен быть не менее чем примерно половина диаметра конфорки).
  • При снятии посуды плита отключается. У электрических плит с классическим резистивным нагревательным элементом конфорка нагрета постоянно независимо от того, находится на ней продукт или нет — как следствие, дополнительный расход электроэнергии и нагрев воздуха в помещении. Указанный эффект, кроме того, позволяет снизить расходы на кондиционирование помещения, что особенно важно летом.
  • Точнее поддерживает заданную температуру посуды (при наличии вообще такой возможности у плиты, при сравнении плит одного ценового класса) благодаря тому, что датчику температуры, измеряющему температуру посуды, не мешает своим теплом раскалённый резистивный нагревательный элемент или газовое пламя.
  • Зависимость мощности от напряжения сети практически отсутствует.
  • Поверхность индукционных плит нагревается только от посуды и по этой причине нагревается не очень сильно, быстро остывает в выключенном состоянии, что снижает риск получения ожогов. А самое главное в этом то, что к индукционной плите почти ничего не пригорает в отличие от керамических. Даже не требуется специальное лезвие для очистки.
  • Большое количество программ приготовления пищи (относительно газовых плит).
  • В большинстве дизайнов гладкая стеклянная поверхность индукционной плиты легко очищается от грязи благодаря низкой рабочей температуре, так как на ней крайне медленно образуются обугленные или затвердевшие остатки масел и другой пищи.
  • Отсутствует неприятный запах. В случае применения старых плит, имеющих ТЭНы, на их поверхности сгорают частицы пищи и пыли, с чем связан неприятный запах гари.
  • Используемая посуда снаружи почти не пригорает, т. к. нет раскалённых поверхностей и открытого пламени.
Читайте также:  Какой марки раствор для стяжки тёплого пола

  • Требования к посуде. Для такой плиты пригодна только посуда из ферромагнитного материала.
  • У индукционных плит из-за их малой инерционности (и особенностей регулирования мощности) при варке в посуде с тонким дном это способно иногда вызвать неприятный эффект «прерывистого кипения». Индукционные плиты высокого класса от этого избавлены: там применяются более сложные схемы регулирования мощности, способные нагревать посуду непрерывно практически со сколь угодно малой мощностью.
  • Некоторые индукционные плиты имеют общие высокочастотные генераторы на несколько конфорок. При работающих одновременно конфорках они не могут нагревать на максимальную мощность.
  • Возможным и неподтвержденным недостатком является воздействие магнитного излучения плиты на другие приборы.

История [ править | править код ]

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф. Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Фуко также открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Индукционный нагрев — нагрев тел в электромагнитном поле за счёт теплового действия вихревых электрических токов, протекающих по нагреваемому телу и возбуждаемых в нём благодаря явлению электромагнитной индукции, стал использоваться в индукционных тигельных печах. 19 октября 1909 года получил патент на индукционную печь Александр Николаевич Лодыгин.

Индукционная плита отличается от обычной тем, что разогревает металлическую посуду индуцированными вихревыми токами, создаваемыми высокочастотным магнитным полем. При работе с такой плиткой используют посуду, изготовленную из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей. Например обыкновенная сталь, поэтому посуду для индукционных печей можно проверять магнитом. Но не бойтесь ошибиться в выборе материала — современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включают генератор.

Читайте также:  Как отмыть застарелый жир с кухонной мебели

При этом никакого физического нагрева поверхности не происходит. Можно положить на плиту бумагу — она незагорится, или прикоснуться ладонью и не обжечься. В отличии от микроволновки, нагревающей сам продукт изнутри (жидкость, находящуюся в пище), индукционная плита греет только металл и металлическую посуду, которая, в свою очередь, передаёт тепло еде (что-то похожее на обычную электроплиту).

Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке.

1 — посуда,
2 — стеклокерамическая поверхность,
3 — изоляция,
4 — индукционная катушка,
5 — преобразователь частоты,
6 — блок управления.

Под стеклокерамической поверхностью плиты индукционная катушка, по которой протекает электрический ток с частотой около 50 кГц. В днище посуды наводятся токи индукции, которые нагревают её, а заодно и помещенные в посуду продукты. В такой плите нагрев происходит быстрее, чем на газовой или на электрической плите — примерно в полтора раза.

Принципиальная схема индукционной плиты довольно сложная, и может существенно отличаться для различных моделей. Особенно блок электронного управления. Хотя основа — генератор, драйвер на транзисторах средней мощности и выходной биполярный транзистор с изолированным затвором, типа IGBT H20R1202 (IRGP 20B120), который управляет катушкой индуктора, одинакова у всех плит. Несколько электросхем показаны ниже — клик для увеличения.

Самый сложный элемент индукционной плитки — электронный блок управления . Он не просто включает или регулирует мощность генератора, а делает это по специальной программе — вначале на пару минут выведет плиту на максимальную мощность, а когда вода закипит, убавит мощность до заданного уровня. А ещё продвинутые модели имеют инфракрасные сенсоры, контролирующие процесс приготовления пищи. Они следят за температурой сковороды или кастрюли и снижают мощность нагрева по достижении заданной вами температуры. Жарка под термоконтролем исключает возможность воспламенения жира и повреждения сковороды вследствие перегрева. После снятия посуды — плита автоматически отключается.

В настоящее время промышленность выпускает как отдельные небольшие индукционные одноконфорочные плитки, так и большие стационарные, встраиваемые четырёхместные поверхности. Стоимость такой плиты несколько выше, чем обычной, но купив индукционную плиту вы существенно сэкономите на электроэнергии — до 50%, по отзывам людей. А также уменьшаете вероятность порчи посуды и продуктов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector