| | Схемотехника индукционных варочных плит (часть 1)Различными фирмами в мире выпускается большое количество моделей индукционных варочных плит: от небольших одноконфорочных до стационарных встраиваемых четырехместных панелей. Приготовление еды на индукционной плите похоже на волшебство — жар находится только внутри посуды, вокруг же нее — ни намека на тепло. В статье рассказывается о схемных реализациях подобных устройств приготовления пищи.
Еще в 1831 г. М. Фарадеем было замечено, что при пересечении проводником силовых линий магнитного поля в нем возникает электрический ток [1]. Открытое им знакомое всем по школьному курсу физики явление электромагнитной индукции дало старт эре разработки электрических машин переменного тока (генераторов, электродвигателей, трансформаторов), обеспечивающих комфортную жизнь человечества по сей день. Фарадей описал природу возникновения этих токов, которые были названы вихревыми, поскольку они возникают в перпендикулярной магнитному потоку плоскости и имеют круговую природу протекания.
В 1841 г. ученые Д. Джоуль и Э. Ленц, проводя исследования независимо друг от друга, пришли к выводу, что количество тепловой энергии, выделяемой проводником при протекании по нему электрического тока, находится в прямой зависимости от плотности электрического потока и напряженности электрического поля. Сформулированный ими закон дал понимание природы нагрева металлических сердечников трансформаторов, а также дал толчок в разработке методов снижения влияния считавшихся паразитными вихревых токов на работу электрических машин, при конструировании которых с ними нещадно боролись, стараясь минимизировать их влияние на работу устройств.
Полезное же свойство нагрева металла за счет возникновения в нем вихревых токов (токов Фуко по имени ученого, посвятившего жизнь их исследованию) при его помещении в переменное магнитное поле стало широко использоваться в индукционных печах, как в промышленности (получение сверхчистых сплавов, плавка и сварка металлов и т.п.), так и в быту (приготовление пищи).
В настоящее время индукционный нагрев для приготовления пищи становится все популярнее. Эта технология не только обеспечивает более эффективное преобразование энергии по сравнению со стандартными решениями (газовые и электрические плиты), но и быстрый, локальный (точечный), прямой нагрев и высокую плотность мощности. Технология обеспечивает высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы. Индукция — абсолютный рекордсмен по КПД, экономичности и скорости нагрева.
Рис. 1. Принцип индукционного нагрева
Вследствие явления самоиндукции в проводнике с переменным током наблюдается так называемый поверхностный эффект (иногда его называют скин-эффектом), состоящий в том, что переменный ток, в отличие от постоянного тока, протекает не по всему поперечному сечению проводника, а только по поверхностному слою, толщина которого уменьшается с повышением частоты. Это позволяет получить более высокую плотность тока и более эффективный нагрев поверхности проводника.
Использование материала с тонким скин-слоем, в котором происходит ослабление электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды, позволяет получить более высокие температуры поверхностного нагрева. При этом только металлы с магнитными свойствами обеспечивают нужные температуры нагрева дна посуды и подходят для готовки еды, а не для ее медленного разогрева. Поэтому используемая посуда должна быть изготовлена из материала, который бы эффективно поглощал энергию вихревых полей и обладал ферромагнитными свойствами. На практике самым подходящим материалом для используемой в индукционных плитах посуды оказалась сталь. Именно поэтому проверить ее пригодность для использования можно обычным магнитом. Посуда из меди, латуни, алюминия, и уж конечно, стекла, керамики, фарфора — не годится.
Принцип индукционного нагрева иллюстрирует рис. 1, на котором показано, что под диэлектрической поверхностью (для нее как нельзя лучше подходит прочная стеклокерамика) расположен индуктор — индукционная катушка, представляющая собой массивный медный многожильный провод, плотно уложенный в форме конфорки в виде спирали.
Полное содержание статьи доступно только в печатном варианте. Вы можете приобрести свежие номера Р&С или оформить подписку в редакции | |
