Содержание
Варочная индукционная панель – лучший помощник современного кулинара, основывающий принцип действия на открытии связи электрического тока и магнитной индукции. Цель обзора показать, как работает прибор. Основывается процесс на двух физических явлениях: перемагничивание и вихревые токи.
Место индукционных панелей в строю кухонной техники
Панель отличается от типичной плиты возможностью встраивания. Это плоская конструкция, содержащая определённое количество конфорок. Заведомо предполагается, что хозяева купили столешницу либо готовы доработать кухонную мебель. Отверстие нужной формы вырезается электролобзиком, формируется фуганком, фрезером, прочим инструментом. Обычно по периметру панель демонстрирует уплотнитель, позволяющий прибору прочно сесть на предназначенное место. Дополнительный крепёж часто не требуется.
Встраиваемая техника хороша экономией места. Известно, что духовкой пользуется лишь малая часть домохозяек. Следовательно, тратить объем для хранения посуды нерационально, а обычная мебель смотрится более стильно, нежели специальная кулинарная техника. Что касается цены, разница прозрачна, гораздо больше внимание следует уделить размерам: столешницы гарнитуров показывают слишком малую глубину, а ниже располагаются выдвижные ящики, что помешает монтажу.
Современная варочная поверхность
На форумах решили подсчитать, сколько газа уходит, чтобы вскипятить чайник воды. Результаты оказались средние. Если технические данные плитки говорили, что мощность конфорки составляет 1 кВт, с эмпирическими результатами это не совпадало. Человек создал тему, кто-то заметил, что в расчётах не принимается во внимание КПД. Часть тепла улетучивается, ничего не поделаешь. Не говоря уже об инфракрасном излучении корпуса чайника в пространство.
КПД газовой плиты не способен подняться выше 50% за редким исключением. Созданы модели, где отработанный воздух пускается по специальному ходу для прогрева соседних конфорок, но технологии, имитирующие принцип действия конденсационного котла, скорее, диковинка. 90% читателей о подобном не слышали. Сложно оборудование отыскать в продаже. О цене умолчим.
Электрические плитки более продвинутые, развивают высокие показатели, но истинную службу несёт индукция. Она используется для плавления металлов, на Ютуб увидите ролик, где раскалённый бесформенный шар калёной стали висит в магнитном переменном магнитном поле: токи Фуко делают своё дело. Не удивительно, что магнитная индукция легко нагревает кастрюли и сковородки.
Не только высокий КПД радует хозяев варочных индукционных панелей. Приборы отличаются высокой степенью безопасности. Керамический или стеклянный стол быстро остывает – стоит лишь убрать кастрюлю. Переменное поле не оказывает видимого действия на плоть и кожу человека. Если варочная индукционная панель по случайности работает, опершись на стол сложно получить ожоги.
Мощность подогрева регулируется частотой изменения магнитного поля рабочей катушкой. Хотя не исключены сложные алгоритмы, когда ток течёт пачками импульсов, и регуляцией скважности посылок изменяется степень отдачи тепла. Для этого внутри индукционной панели присутствует инвертор, формирующий нужные частоты. Диапазон, как правило, указывается в технических характеристиках, хотя не каждый производитель способен озаботиться этим.
Индукционная поверхность
Немаловажную роль играют дополнительные опции. Часто приборы, оценивая суперпозицию полей, способны автоматически выключаться через время, если конфорки бездействуют. Известен случай, когда кухонный робот-уборщик заехал со столешницы на индукционную плиту и получил в результате повреждения, несовместимые с жизнью. В ходе судебного процесса фирма-изготовитель пыталась доказать, что самоубийство оказалось спланировано хозяевами: специально оставили прибор включённым. Если бы варочная индукционная панель выключалась автоматически, подобный эксцесс оказался бы невозможен.
Вихревые токи
В научной литературе считается, что вихревые токи открыты в 1820 году, когда Эрстед показал, что электричество способно сдвинуть с места магнитную стрелку. Сложность работы с объектом повествования сводилась не к тому, что первый гальванометр изобрели несколькими годами позже: оценить амплитуду явления при помощи простых средств измерения невозможно. Первые вихревые токи, по-видимому, получил в 1824 году Араго, заметивший, что магнитная стрелка реагирует на вращающийся рядом медный диск: переменное поле создавала наводки в проводнике, образующие собственное поле сил.
Наш объект обсуждения носит гордое имя Фуко. Это ученик Араго, пытливым умом старавшийся проникнуть в тайну стрелки. Он первым заметил, что проводник вдобавок нагревается под действием переменного магнитного поля. Разгадку дал собственной теорией в 1931 году Фарадей. Он объяснил явление наведением переменных токов, уже знал, как связаны две разные материи. Читатели уже догадались, что сегодня явление используется в варочных индукционных панелях. Вихревые токи образуются в ферромагнитных металлах и сплавах под действием изменения магнитного поля. Их использование в технике широко:
- Асинхронные двигатели по большому счету функционируют за счёт наведённых в роторе токов. Барабан из силумина пронизан медными проводниками в форме беличьей клетки, идущими так, чтобы результирующая ЭДС складывалась. Пока есть разница между скоростью вращения поля и оборотами двигателя, система стремится к равновесию. Равенство не достигается в нормальном рабочем режиме.
Конструкция панели
- Для быстрой остановки двигателя применяют электромагнитное торможение. При этом ротор вращается в нормальном направлении, магнитное поле – в противоположном. Что быстро приводит к нужному результату. Как известно, в роторе наводятся вихревые токи, взаимодействующие с полем.
- Схожим образом действует индукционная перекачка металлических расплавов. Вихревые токи создают поле, насос ухватывается за них. В плоско-линейных индукторах нет движущихся частей, производительность легко регулируется. Литейные заводы применяют методики для работы с цветными металлами.
- Токи высокой частоты текут преимущественно по поверхности проводника. В результате плотность достигает высоких значений. Это явление используется для поверхностной закалки металлов, когда при внешней твёрдости деталь не должна стать хрупкой: зубья шестерней, шейки валов и пр.
- В 1980 году инженеры Bose изобрели электромагнитную подвеску. Те, где используются вихревые токи, скорее, предназначены для тонких систем. К примеру, двигатели гироскопов.
- Николу Тесла по праву считают отцом направления в медицине – диатермии. Пропуская через собственное тело токи высокой частоты, учёный показал их безвредность. Никола даже считал воздействие полезным. К примеру, для кожи. Сегодня высокими частотами нагревают органы.
- Поле вихревых токов активно используется для разведки рудных месторождений. Поле высокой частоты изучается с целью оценки полезности и перспективности разработки. Схожие методы применяются для выявления мест залегания арматуры в стенах.
- На основе оценки поля вихревых токов основана дефектоскопия проволоки, труб, металлического профиля. Одновременно структура векторов напряжённости позволяет правильно выдержать геометрические размеры изделий.
Вихревые токи далеко не всегда полезны. В сердечниках трансформаторов они вызывают значительные потери, приводящие одновременно к нагреву оборудования. Для усиления поля провод наматывают на ферромагнитный сплавы, чтобы снизить эффект, в электротехническую сталь добавляют до 4% кремния. Это сильно повышает удельное сопротивление материала. Одновременно сердечник режут на тонкие пластины (вдоль линий напряжённости) и изолируют друг от друга слоем лака, выполняя шихтование.
Несложно теперь догадаться, почему посуда под варочную индукционную панель изготавливается из ферромагнитных сплавов. Магнитная проницаемость материала становится связующей между напряжённостью поля и образующейся в толще металла индукцией. Ферромагнитный сплав становится усилителем эффекта вихревых токов. Увеличивается индукция, растёт скорость её изменения, что прямо повышает ЭДС в металле. Легко убедиться, поставив на индукционную панель алюминиевую кастрюлю: нагрев сильно замедлится. Вихревые токи влияют на процесс и фактор перемагничивания.
Перемагничивание металлов
В название семейства ферромагнетиков заложено их ключевое свойство. Подобным качеством не обладают прочие металлы. Речь идёт о способности намагничиваться. В трансформаторах и электродвигателях потери на тепло считаются паразитными. Приходится применять ферромагнетики, считающиеся проводниками переменного поля, но всеми силами пытающиеся избавиться от нагрева.
Что касается варочных индукционных панелей, здесь все наоборот. Учёные давно открыли, что потери на тепло оцениваются по кривым магнитного гистерезиса образца. Начальная кривая зависимости индукции от напряжённости поля имеет форму интеграла, слегка наклонённого вправо. Эти две физические величины связаны через магнитную проницаемость материала, но характер графика не линейный. При уменьшении напряжённости поля и изменении её направления кривая идёт по другому пути. Приобретает форму интеграла, но отличается. Получается фигура наподобие стадиона с острыми зубцами в начальной и конечной точке. Это называется гистерезисом: различный путь прохождения процесса в прямом и обратном направлении.
Петля гистерезиса
Начальная кривая (при первом проходе) позволяет определить зависимость магнитной проницаемости материала от напряжённости поля. Потери на выделение тепла характеризуются площадью петли гистерезиса. Её находят интегрированием либо считают вручную, изобразив предварительно график на миллиметровой бумаге (оценка количества клеток внутри фигуры). Толстый диск ферромагнитного сплава стоит на дне посуды, специально предназначенной для использования в паре с индукционной варочной панелью.
Чем чаще поле меняет направление, тем выше потери в петле гистерезиса. Но если зависимость от частоты линейная, вихревые токи определяются её квадратом. Это накладывает специфику. На высоких частотах львиную долю нагрева вызывают именно вихревые токи. Но! С ростом частоты поле начинает активно излучаться в окружающее пространство, что недопустимо. Поэтому производитель находит золотую середину и старается по максимуму использовать эффект перемагничивания. Для оценки величины тепловых потерь на лабораторных работах график строят на осциллографе, снимают вручную для дальнейших исследований.
Важно. В связи со сказанным выше знайте, что людям с кардиостимулятором пользоваться варочной индукционной панелью опасно: кухонная техника способна негативно повлиять на работу прибора жизнеобеспечения.
