Тип нагрева индукционный что это?

Что такое индукционная плита и как она работает

Содержание

Содержание

Приготовление на индукционной панели напоминает магию — жар готовки находится только внутри посуды, вокруг же — ни намека на тепло. О технологиях, используемых в индукционных варочных панелях для того, чтобы получить эту магию, и пойдет речь.

Индукция в деталях

Способность электрического тока возникать в проводнике при пересечении им силовых линий магнитного поля, была замечена Майклом Фарадеем в 1831 году. Открытие электромагнитной индукции дало старт золотой эре разработки электрических машин переменного тока (генераторов, электродвигателей и трансформаторов), определяющих комфортную жизнь человечества по сей день.

В ходе конструирования первых образцов электрических машин и аппаратов, изобретатели столкнулись с проблемой нагрева их «железа», что приводило к существенным потерям энергии (вследствие ее преобразования в тепловую) и общему снижению КПД агрегатов.

Несколько позже Фарадей описал природу возникновения электрического тока не только на поверхности проводника, но и в толще материала с точки зрения открытого им явления. Данные токи были названы вихревыми, поскольку возникают в перпендикулярной магнитному потоку плоскости и имеют круговую природу протекания. Позже они были названы токами Фуко, в честь ученого, посвятившего жизнь их исследованию.

В 1841 году ученые Джеймс Джоуль и Эмиль 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 тока и напряженности электрического поля.

Формулирование этого закона дало понимание природы нагрева металлических сердечников трансформаторов и железа статоров и роторов электрических машин, а также дало толчок в разработке методик по снижению влияния вихревых токов на работу электрических машин и аппаратов.

Вихревые токи считаются паразитными. При конструировании электрических аппаратов с ними нещадно борются, стараясь минимизировать их влияние на работу устройства. К примеру, в трансформаторах магнитопровод изготавливают из тонких металлических пластин, изолированных друг от друга. Так же поступают при производстве железа статора электрических машин переменного тока.

В случае с индукционными печами, токи Фуко — основная компонента, позволяющая получать потрясающие результаты, поэтому их всячески «культивируют» и усиливают.

Помещение металла в переменное магнитное поле позволяет получить его нагрев за счет возникновения в нем вихревых токов.

Это свойство дало жизнь целому семейству устройств — индукционным печам, используемым как в промышленности (получение сверхчистых (без примесей) сплавов, сварка, пайка и плавка металлов и т. д.), так и в быту (приготовление пищи). Причем было замечено, что с повышением частоты переменного магнитного поля, процессы возникновения вихревых токов интенсифицируются, позволяя получать более быстрый нагрев помещенного в него материала.

Устройство и принцип действия индукционной варочной панели

  • индуктора;
  • выпрямителя;
  • инвертора;
  • вентилятора;
  • платы управления.

Работает индукционная панель следующим образом. Сетевое переменное напряжение выпрямляется и поступает на вход инвертора. В нем оно снова преобразуется в переменное, но уже со значительно большей частотой. Как правило, для работы индукционных варочных плит используется диапазон частот от 20 кГц до 120 кГц.

Нижний порог выбран неспроста: это именно то значение частоты, выше которого ухо человека не способно уловить звуковые вибрации. Чтобы не причинять пользователям дискомфорта неприятным звуком, нижний порог частоты не может быть ниже 20 кГц.

В процессе работы электронные компоненты инвертора и индукторов довольно сильно греются, поэтому плата инвертора принудительно обдувается потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором.

Индуктором, представляющим собой катушку, намотанную из медного многожильного провода в форме конфорки, формируется переменное магнитное поле высокой частоты.

Регулирование мощности нагрева в индукционных печах может происходить двумя способами:

  • циклическим включением индуктора на полную мощность. Частота включений зависит от необходимой температуры нагрева пищи при приготовлении. Ее получают с термодатчиков, установленных под наружной поверхностью печи. При этом частота магнитного поля конфорки остается неизменной;
  • изменением частоты магнитного поля. Чем выше частота, тем большее количество вихревых токов индуцируется в посуде. Следовательно, можно получить большую температуру нагрева ее поверхности. Как правило, регулирование мощности конфорки укладывается в тот же диапазон частот: 20 кГц – 120 кГц.

В недорогих моделях для регулирования мощности нагрева применяется циклический способ регулирования мощности.

В более продвинутых — изменение частоты.

Когда металлическую посуду ставят на конфорку, в толще материала возникают вихревые токи, которые и обеспечивают ее нагрев. По сути дно кастрюли или сковородки выступает в качестве вторичной обмотки трансформатора (короткозамкнутой) и является отличной средой для возникновения токов Фуко.

Здесь следует сделать одно важное отступление и рассказать о скин-эффекте, иначе именуемом поверхностным эффектом.

Любой электрический ток при протекании по проводнику создает вокруг него электромагнитное поле. Это же касается и вихревых токов. Магнитные поля, взаимодействуя друг с другом, вытесняют электроны из толщи материала на его поверхность, именуемую скин-слоем, и электрический ток проходит больше по поверхности проводника, чем в его внутренних слоях. Объемная плотность тока в скин-слое значительно выше, чем в его толще. Известно, что с увеличением глубины проникания в материал, амплитуда вихревых токов уменьшается и они гораздо хуже осуществляют нагрев. Использование материала с тонким скин-слоем позволяет получить более высокие температуры его поверхностного нагрева.

Толщина скин-слоя находится в обратной зависимости от частоты переменного магнитного поля, т. е. с ростом частоты толщина слоя уменьшается, что позволяет получить более высокую плотность тока и более эффективный нагрев поверхности проводника.

Каждый материал обладает своей структурой строения кристаллической решетки, от свойств которой зависят его проводимость и толщина скин-слоя. К примеру, в диапазоне частот 20 кГц – 120 кГц (стандартные частоты работы конфорок индукционной панели) толщина скин-слоя стали на порядок меньше толщины слоев меди или алюминия.

К чему это все? А к тому, какой материал необходимо использовать для изготовления посуды, пригодной для индукционных печей. И какую посуду использовать в принципе.

Только металлы с ферромагнитными свойствами смогут обеспечить нужные температуры нагрева дна посуды и подойдут для готовки еды, а не ее медленного разогрева.

Поэтому для индукции нужна посуда, к которой прилипает магнит. Это не прихоть производителя, а объективная необходимость!

Дальше все просто. Вихревые токи, вызванные высокочастотным магнитным полем, индуцируются на внутренней поверхности дна посуды. Именно она контактирует с продуктами и нагревает их, отдавая им тепловую энергию. Этим и объясняется высокая скорость нагрева на индукционных варочных поверхностях.

Конечно, за счет теплопроводности металла нагреется и сама посуда, и варочная поверхность, но это будут не сотни градусов. Поэтому готовить можно, даже застелив конфорку салфеткой — она не загорится, температуры просто не хватит для воспламенения.

Попавшие на поверхность продукты не пригорят к ней по той же причине.

Магия? Зная, как работает индукционная поверхность, понимаешь — это не такая уж и магия. Обычная физика!

В чем отличие индукционной плиты от стеклокерамической: описание технических характеристик и обзор популярных моделей

Выбирая плиту на кухню, человек не всегда может понять, что характеризует индукционную плиту, каков ее принцип работы и чем она отличается от стеклокерамической варочной поверхности, работающей от электричества, ведь внешний вид обоих этих устройств очень схож.

В статье рассмотрим подробно каждый вид современного оборудования для приготовления еды, изучим достоинства и недостатки, и сделаем вывод, какой вариант прибора будет оптимальным решением на большую и маленькую кухни.

Индукционная плита

Описание

Индукционная плита — это самое современное кухонное оборудование для приготовления еды, на основе разогрева металлической посуды индуцированным вихревым потоком, которое производится из высокочастотного магнитного поля.

Тепло в данном процессе направляется непосредственно в кастрюлю или сковороду.

Индукционная плита внешне схожа с устройством со стеклокерамической варочной поверхностью.

Важное отличие — инновационная плита не имеет нагревательных элементов, их функцию выполняют днища посуды с ферромагнитными свойствами.

Варочная поверхность таких плит многофункциональна, например, в ней есть конфорка быстрого нагрева, функция «бустер» (передача мощности от одной колонки к другой), звуковой таймер и другие опции.

Принцип работы

Принцип работы индукционных моделей построен на явлении электромагнитной индукции, которое было открыто английским физиком М.Фарадеем еще в начале 19 века.

Индукционная плита — это портативный трансформатор. Под ее поверхностью из стеклокерамики располагается индукционная катушка с обмоткой из меди, по которой течет электрический ток, частотой 20-60 кГц.

Ток трансформируется в электромагнитные поля и вырабатывает уже индукционные токи, которые заставляют электронные частицы днища посуды (проводник с закрытым контуром) двигаться и нагреваться.

Существует несколько видов плит с индукционной варочной панелью:

  • Плита, изготовленная совместно с духовым шкафом.
  • Комбинированная плита — две конфорки на изделии работают от электричества, две — на принципе индукции.
  • Встраиваемая варочная панель. Удобный вариант для маленькой кухни, под нее можно установить специальные ящики для хранения посуды.
  • Настольная плита. Удобный вариант на дачу, в дорогу или для одного человека.

Достоинства и недостатки

Плюсы

  • высокая скорость приготовления пищи, благодаря быстрому нагреванию дна посуды, а не варочной панели;
  • экономный расход электроэнергии;
  • во время приготовления пищи, воздух на кухне почти не нагревается;
  • высокая безопасность прибора, благодаря автоматическому включению и выключению плиты, когда на нее ставится или убирается посуда;
  • минимальный риск ожогов, благодаря холодному краю конфорки;
  • поверхность легко чистить, так как загрязнения, еда и жир не горят и не образуют дым — достаточно протереть влажной губкой или тряпкой;
  • мгновенное изменение температуры с точностью до градуса;
  • плита подстраивается под днище посуды и нагревает его до нужной температуры;
  • варочная панель не будет работать, если на нее поставить посуду, диаметром меньше 12 см, поэтому она не включится при случайном попадании на нее ложки или другого предмета;
  • устройство оснащено множеством важных и облегчающих жизнь хозяек программ — кипячение воды, тушение овощей и др.

Минусы

  • высокая стоимость прибора — за хороший функционал и удобство нужно много платить;
  • необходимо использовать специальную посуду с дном, имеющим ферромагнитные свойства — она обеспечит экономность, безопасность и эффективность (дно можно проверить обычным магнитом);
  • поверхность из стеклокерамики очень хрупкая, важно исключить случайные точечные удары, чтобы избежать трещин и сколов;
  • нельзя чистить плиту абразивными порошками и жесткими губками;
  • при работе устройства слышится шум — гудение или жужжание;
  • индукционную панель нельзя устанавливать рядом с другими бытовыми приборами (стиральной машиной, посудомойкой, духовым шкафом), так как она может негативно повлиять на их работу.
Читайте также  Битермический теплообменник что это такое?

Стеклокерамическая плита

Описание

Кухонное оборудование, покрытое стеклокерамикой, является разновидностью электрических плит. Варочная стеклокерамическая панель производится из специального материала — церана, обладающий высокой прочностью и способностью выдержать удар любой силы.

Стеклокерамическая панель характеризуется зеркальной и абсолютно гладкой поверхностью, на которой располагаются электроконфорки двух видов:

  • обычные;
  • двухконтурные — созданы для контроля уровня нагрева, в зависимости от размера посуды.

Помимо нагревательных элементов, плита оснащена духовым шкафом.

Принцип работы

Главные рабочие элементы стеклокерамической плиты нагреваются моментально с помощью трубчатого электронагревателя. От него, через стеклянную поверхность, проходит тепло, которое греет посуду.

В стеклокерамические панели монтируются галогеновые конфорки с тепловыделяющими лампочками, или самые современные конфорки Hi Light — они нагреваются от специально сплавленной ленты в виде змейки.

Принцип работы такой плиты схож с производительностью обычной плиты с чугунными блинами. Нагревательный элемент сам увеличивает тепло и проводит это его к скороводе или кастрюле.

Плиты из стеклокерамики отличаются разновидностью конфорок.

Они бывают трех типов:

  • конфорки с нагревательным элементом в виде галогеновой лампочки — разогреваются за 3 секунды, мощные, но служат не долго;
  • конфорки рапидного типа — разогреваются за 12 секунд, роль нагревательного элемента играет спираль с высоким сопротивлением. Улучшенный вариант таких современных конфорок — Hi Light, они способны разогреться за 7 секунд;
  • конфорки индукционного типа — нагрев происходит мгновенно, а электроэнергия бережно экономится. Однако цена на плиты с таким типом конфорки весьма высокая.

Достоинства и недостатки

Плюсы

  • теплопроводность по вертикали, благодаря которой тепловая энергия приходится лишь на дно посуды, а не всю варочную поверхность. Стеклокерамическая плита способна выдержать нагрев до 600 градусов;
  • быстрое остывание варочной панели — изменяя положение переключателя можно регулировать нужную температуру нагревательного элемента;
  • разные режимы температур конфорок для приготовления пищи;
  • бережный расход электроэнергии, благодаря тому, что нагревательные элементы подстраиваются к разному диаметру посуды;
  • функция контроля закипания воды — сильно уменьшает вероятность загрязнений;
  • духовые шкафы имеют подсветку, вентиляцию, датчики нагрева, гриль и вертел, систему самоочистки паром;
  • защита от детей, блокировка доступа к управлению плиты;
  • высокая прочность варочной поверхности, благодаря материалу — церану;
  • возможность применения посуды оригинальных форм (утятницу, казан и др.);
  • гладкая зеркальная поверхность варочной панели отлично вписывается в кухонный гарнитур и облагораживает его.

Минусы

  • во многих моделях необходимо использование посуды из определенных материалов, желательно с ровным, толстым и матовым дном ( не подходит посуда из керамики, стекла, алюминия и меди);
  • сложность в уходе — чистить плиту нужно специальным инструментом — скребком с тонким лезвием, и дорогими средствами бытовой химии, созданными специально для стеклокерамики, иначе можно спровоцировать окисление и образование микроцарапин;
  • противопоказаны точечные и чрезмерные нагрузки на поверхность;
  • из-за низких бортиков, сбежавшее молоко или суп может стечь на пол;
  • стеклокерамическую плиту нельзя пачкать продуктами из сахара, так как такие загрязнения практически нельзя оттереть;
  • данным моделям противопоказан резкий перепад температур, так как это выводит бытовую технику из строя.

Сравнение индукционной и стеклокерамической плит

Характеристики Индукционная плита Стеклокерамическая плита
Подходящая посуда Специальная посуда с ровным дном и ферромагнитными свойствами Посуда абсолютно разной формы, нельзя использовать старую посуду
Скорость нагрева Практически моментально Несколько минут
КПД Около 90% Около 60%
Экономичность Потребляет меньше электричества, обходится дешевле Потребляет больше электричества
Безопасность Варочная панель безопасна для детей и животных, не рекомендуется использовать людям с кардиостимуляторами Менее опасна, чем газовая, но есть риск ожогов
Шум Довольно тихие звуки, гудение Бесшумная
Уход Жидкости и пища легко удаляются влажной тряпкой Загрязнения удаляются легко, кроме пищи из сахара
Управление Автоматическое влючение, сенсорное регулирование Механическое или сенсорное включение и регулирование

Вывод напрашивается следующий: в попытках сэкономить деньги на кухонном оборудовании, лучше отдать предпочтение стеклокерамической плите.

Однако, при желании сэкономить время и силы, лучше выбрать индукционную, ведь она быстрее готовит и легче чистится. Также индукционная панель хороша тем, что потребляет гораздо меньше электроэнергии, так как быстрее нагревается и имеют функцию автоматического регулирования температуры конфорок.

Но большой плюс плиты из стеклокерамики заключается в ее абсолютно бесшумной работе, что нельзя сказать о ее оппоненте.

Выбор всегда за покупателем: дорогое, но самое современное изделие, освобождающее время для личных дел хозяина; или устройство в среднем ценовом сегменте, но вызывающее некоторый дискомфорт в уходе и эксплуатации.

И стеклокерамическая плита, и устройство, работающее на принципе индукции может сэкономить место на небольшой кухне, ведь ее можно встроить в мебель или поставить на рабочую поверхность.

Как выбрать индукционную плиту: основные параметры

Наряду с традиционным, газовым или электрическим типом нагрева у варочных поверхностей, все чаще для приготовления пищи используется индукционный метод. Он делает готовку эффективной и экономичной. При этом изменился и дизайн самих кухонных приборов – они стали компактными, стильными, эргономичными, а разнообразие форм позволяет вписать их практически в любой вариант расположения мебели и дизайн интерьера.

Чем отличаются кухонные плиты от варочных панелей

Кухонная плита – это два устройства в одном: варочная панель и духовка. Помимо функционала, она отличается большим весом и размером, поэтому она подойдет для просторной кухни. Это оптимальный вариант для большой семьи и для любителей много готовить, часто используя духовку.

Встраиваемая варочная панель – современное решение для приготовления пищи. Основным плюсом панели по сравнению с традиционной плитой является ее компактность и гибкость установки: занимает мало места и может быть расположена на любой из столешниц. Но если захотите готовить при этом и в духовом шкафу, то его придется докупить отдельно. При этом появится возможность расположить его независимо от варочной панели: в другом углу кухни, на одном уровне со столешницей, под рабочей поверхностью.

Как работает индукционная варочная поверхность

Варочная панель или плита с индукционными конфорками работает от электричества. Однако существует разница в принципе нагрева между индукционными и электроплитами.

Индукция действует так: под рабочей поверхностью варочной панели расположена электромагнитная катушка, которая нагревает поверхность посуды – дно кастрюли или сковородки, оттуда тепло передается содержимому. У такого метода нагрева есть ряд преимуществ:

  • скорость нагрева;
  • экономичность;
  • безопасность.

Благодаря магнитному излучению, нагрев пищи происходит непосредственно от нагрева днища посуды, поэтому отсутствуют теплопотери, как в случае с электрическими и газовыми поверхностями, где сначала происходит нагрев стеклокерамической или керамической поверхности плитки, а только потом – посуды. В случае с газовыми варочными поверхностями происходит теплопотеря за счет открытого пламени, а также есть опасность залития конфорки.

Помимо эффективности при готовке, индукционные варочные панели просты в уходе – ровная поверхность легко очищается.

К минусам можно отнести требования к посуде – она должна иметь ровное плоское дно и обладать ферромагнитными свойствами. Проверить это можно простым способом: если к посуде «прилипает» магнит – она подходит. Промежуточным решением может стать покупка адаптера. С ним снижается эффективность нагрева, но можно готовить в любой посуде, например, варить кофе в турке.

Также среди недостатков индукционных панелей отмечают более быстрый износ посуды и шумность – они слегка «гудят», особенно при работе в режиме повышенной мощности.

На что обратить внимание при выборе индукционной плиты

Перед покупкой кухонной плиты с индукционными конфорками или встраиваемой панели стоит обратить внимание на несколько основных параметров и функций, которые отличают модели по качеству нагрева, удобства в монтаже и последующем уходе. Среди них выделим:

  • количество и форму конфорок;
  • диаметр и мощность конфорок;
  • регулировка мощности и турбо-режим;
  • распознавание посуды;
  • наличие режима поддержания тепла и функция паузы.

Количество и форма конфорок

Помимо привычных 4-х конфорочных плит, производители предлагают на выбор модели с различным количеством основных нагревательных элементов, от 1 до 8.

Во время готовки редко используется более 2-х конфорок, поэтому компактные модели становятся все популярнее. Их использование позволяет сэкономить на покупке и оптимизировать кухонное пространство.

Форма зон нагрева не обязательно круглая. В индукционных плитах они бывают квадратными, ромбовидными, овальными или шестиугольными. При наличии функции «изменяемая зона нагрева» две конфорки можно объединить в одну большую, например для нагрева широкой утятницы.

Продвинутые модели умеют работать по принципу «индукция без границ» – зоны нагрева располагаются практически на всей площади варочной поверхности. Посуду можно поставить в любое место на поверхности, и плита начнет работать

Диаметр и мощность конфорок

Диаметр конфорок стоит подбирать с учетом размера имеющейся посуды. Нагрева не будет, если емкость занимает меньше половины диаметра конфорки. Мощности конфорок могут отличаться в диапазоне от 1 до 3 кВт. Так, на одной панели могут использоваться как маломощные конфорки, так и зоны повышенной мощности.

Некоторые модели панелей и плит обладают функцией контроля энергопотребления: прибор придерживается заданной нормы расхода электроэнергии.

Регулировка мощности и турбо-режим

Все современные модели индукционных электрических плит и варочных панелей могут нагревать посуду на различной мощности. В отличие от электро- и газовых плит здесь используется не плавная, а ступенчатая регулировка. Этот недостаток маскируется большим количеством температурных режимов, число которых может достигать 20.

Полезно наличие турбо-режима, при котором на одну из конфорок передается максимальная мощность. Основной вариант применения режима интенсивного нагрева – для быстрого кипячения воды. При наличии функции «автоматики закипания», мощность нагрева после закипания содержимого посуды снизится без вашего участия. Управление панелей и плит может быть традиционным – механическим, с кнопками, поворотными рычагами и магнитными дисками. Более современные модели используют сенсорный вариант управления.

Распознавание посуды

За безопасность и эффективность работы индукционных конфорок дополнительно отвечает функция «распознавания посуды». Электронные датчики определят ее отсутствие на конфорке и автоматически отключат питание.

Некоторые модели варочных поверхностей даже способны «понять» размеры посуды и подстроить под нее необходимый диаметр нагрева и мощность. А если материал емкости не подходит для нагрева методом индукции, прибор сообщит это пользователю.

Режим поддержания тепла и функция паузы

Возможности многих плит позволят временно остановить готовку, нажав на паузу, и продолжить позже. Для семьи, где многие возвращаются домой в разное время, будет полезна функция поддержания тепла – пища сохранит нужную температуру на протяжении выбранного промежутка времени.

Что стоит помнить при покупке индукционной варочной панели

Уход за купленной индукционной плитой подразумевает не только своевременное удаление загрязнений, но и корректную эксплуатацию. Важно использовать подходящую, специальную посуду, без которой готовить не получится. Стоит помнить о том, что в большинстве случаев верхний слой варочной панели изготовлен из стеклокерамики. Это означает, что в процессе готовки потребуется аккуратное обращение с приборами и посудой: крайне нежелательно что-либо ронять на хрупкую поверхность.

Индукционные панели удобно убирать: на них ничего не засыхает и не пригорает, поэтому все загрязнения удаляются средством для ухода за стеклокерамической поверхностью. Дополнительная защита поможет избегать загрязнений и поддерживать поверхность в чистоте.

К сожалению, пользоваться индукционными плитами не желательно людям с кардиостимуляторами. Существует вероятность, что включенная плита может вывести медицинский прибор из строя. Стоит, как минимум, проконсультироваться с врачом.

Индукционные варочные поверхности сделают ежедневную готовку более быстрой и эффективной, освободят время на что-то более важное. А использование разнообразных вариаций варочных поверхностей позволяет производителям создать модели различных форм, которые можно вписать в любой интерьер кухни. Выбирайте подходящую плиту или варочную поверхность с индукционными конфорками в нашем каталоге и готовьте с удовольствием!

Индукционный нагрев

Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона ) электропроводящих материалов.

Содержание

Описание метода

Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Следовательно — это нагрев изделий из проводящих материалов (проводников) магнитным полем индукторов (источников переменного магнитного поля). Индукционный нагрев проводится следующим образом. Электропроводящая (металлическая, графитовая) заготовка помещается в так называемый индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты (от десятка Гц до нескольких МГц), в результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла (см. закон Джоуля-Ленца).

Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.

На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.

Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.

Формула для вычисления глубины скин-слоя в мм:

,

где μ = 4π·10 −7 — магнитная постоянная Гн/м, а ρ — удельное электрическое сопротивление материала заготовки при температуре обработки.

Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.

Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.

Применение

  • Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла.
  • Получение опытных образцов сплавов.
  • Гибка и термообработка деталей машин.
  • Ювелирное дело.
  • Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве.
  • Поверхностная закалка.
  • Закалка и термообработка деталей сложной формы.
  • Обеззараживание медицинского инструмента.

Преимущества

  • Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.
  • Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.
  • Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.
  • За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).
  • Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.
  • Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.
  • Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.
  • Легко провести местный и избирательный нагрев.
  • Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).
  • Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.

Недостатки

  • Повышенная сложность оборудования, необходим квалифицированный персонал для настройки и ремонта.
  • При плохом согласовании индуктора с заготовкой требуется бо́льшая мощность на нагрев, чем в случае применения для той же задачи ТЭНов, электрических дуг и т. п.

Установки индукционного нагрева

На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.

Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.

Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути:

  1. повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки;
  2. применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.

Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.

Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.

Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.

Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.

На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.

  1. Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).
  2. Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являютcя фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.
  3. При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.
  4. При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.

Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.

Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.

Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать
а) постоянную частоту
б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке
в) максимально высокий КПД.
Например, при нагреве магнитного материала выше точки Кюри толщина скин-слоя резко увеличивается, плотность тока падает, и заготовка начинает греться хуже. Также пропадают магнитные свойства материала и прекращается процесс перемагничивания — заготовка начинает греться хуже, сопротивление нагрузки скачкообразно уменьшается — это может привести к «разносу» генератора и выходу его из строя. Система управления отслеживает переход через точку Кюри и автоматически повышает частоту при скачкообразном уменьшении нагрузки (либо уменьшает мощность).

Индукционная плита: принцип работы, плюсы и минусы

Современные бытовые приборы становятся более экономичными и комфортными в использовании. Индукционные электроплиты — наглядный представитель таких устройств. В этой статье мы расскажем, как они работают и опасны ли для здоровья.

Один из самых современных вариантов кухонной бытовой техники — плита с индукционными конфорками. Однако, несмотря на ее появление в продаже больше 30 лет назад, многие пользователи по-прежнему скептически относятся к такому способу нагрева, считая его вредным для здоровья, а оборудование — слишком дорогим. Хотя, если знать, как работает индукционная плита, и какие возможности она предоставляет, можно найти немало причин для ее покупки.

Особенности работы

Об отличиях можно догадаться уже по названию индукционной плиты, принцип работы которой основан на действии индуцированных вихревых токов. Под поверхностью плиты расположены катушки индуктивности. При прохождении по ним электротока образуется электромагнитное поле, которое, в свою очередь, создает вихревые токи в расположенной рядом посуде из ферромагнитных материалов. Это позволяет нагреть еду с минимальными потерями тепла.

Технические характеристики

Основные параметры индукционных плит можно представить в виде такого списка:

  • КПД оборудования — до 90%;
  • температура поверхности — не больше 60° (нагрев от горячей посуды);
  • частота тока в катушках — от 30 до 60 кГц, у самых мощных моделей до 100 кГц;
  • мощность — от 0,05 до 3,5 кВт для конфорки, больше 10 кВт для всей плиты;
  • число конфорок — от 1 для переносных моделей типа Galaxy GL3053 до 5-7 у такой коммерческой техники как Smeg CPF9IPWH;
  • управление — сенсорное или механическое, объединенное в один блок с рабочей панелью;
  • поверхность — стеклокерамика или, в редких случаях, закаленное стекло.

Среди функций оборудования стоит выделить объединение зон нагрева. Есть плиты с режимом работы Booster, переключающим всю мощность на одну конфорку, и версии с защитой от детей. Можно найти модели переносного типа (на 1-2 конфорки), устройства, встраиваемые в кухонную рабочую поверхность и устанавливаемые отдельно, укомплектованные электрическими духовками.

Индукционная плита: плюсы и минусы

Принимая решение по поводу покупки индукционной техники, стоит познакомиться с ее преимуществами и недостатками. К плюсам можно отнести:

  • Высокая скорость нагрева посуды и их содержимого. Эффективность сравнима с газовыми плитами и заметно превосходит показатели большинства электроплит.
  • Безопасность. Из-за отсутствия источников тепла поверхность не нагревается, что защищает от ожогов при случайном прикосновении и неприятных запахов от сгорания частиц пищи и масла.
  • Простой уход. Поверхность почти не загрязняется из-за отсутствия нагрева, легко очищается с помощью губки и бытовой химии.
  • Автоматическое выключение при отсутствии подходящей посуды. Плита не будет работать, если на активную, но свободную конфорку попадет посторонний предмет.
  • Экономичность. Современные модели автоматически определяют размеры и форму посуды, подстраивая под них площадь зоны нагрева. Это заметно снижает расход электроэнергии плитой.
  • Множество функций и настроек. Есть возможность выбрать условия, лучше подходящие для тушения, варки и жарки — это значит, что продукты не теряют ни витаминов, ни полезных элементов.
  • Возможность объединения зон нагрева. Несколько конфорок становятся единым целым, получая общие настройки и позволяя готовить в большой посуде (утятницах, казанах с плоским дном).

При впечатляющем количестве плюсов у индукционных плит есть недостатки, которые пока не позволяют им стать самым популярным видом кухонной техники:

  • Необходимость отказаться от посуды из стекла и алюминия. Хотя чугунной и стальной утварью по-прежнему можно пользоваться.
  • Цена. Один из главных минусов — индукционные плиты обходятся в 2-5 раз дороже по сравнению с газовыми и электрическими аналогами.
  • Хрупкость стеклокерамических поверхностей. Упавшие на плиту тяжелые предметы могут ее расколоть. Повысить степень защиты можно, применяя стальные накладки.
  • Сложный ремонт. Плиту можно назвать достаточно надежной, но сломанную индукционную панель сложно и дорого менять.
  • Заметное снижение мощности при объединении панелей. Одновременная работа нескольких конфорок сильно нагружает плиту, которая работает не так эффективно.

Считается, что в списке минусов есть опасность плит для здоровья. На самом деле вред от вихревых токов и электромагнитного излучения преувеличен, а приписываемая технике радиация вообще отсутствует.

Польза и вред для здоровья

Причины появления слухов о вреде индукционной плиты для здоровья человека — неприятие новых устройств. Тем более, таких, принцип действия которых не так понятен, как работа газового и электрического оборудования. Однако есть научное подтверждение, что доза излучения не выше, чем от мобильных телефонов. А еще все плиты проверяются на превышения — и, даже если предположить наличие неисправной катушки, дальность действия поля не превышает 1 метра.

Высокая степень безопасности плит не исключает соблюдения определенных правил:

  • Рядом с плитой не стоит находиться человеку с кардиостимулятором или другим медицинским имплантатом. Минимальное расстояние — 40 см от поверхности.
  • Нежелательно подносить к плите накопители, смартфоны, ноутбуки и банковские карты. Рядом с такой техникой повышается риск полного или частичного стирания с них информации.
  • Посуда должна иметь подходящий размер. Если ее дно закрывает меньше 60-70% площади конфорки, излучение увеличивается.

Пользователям индукционных плит стоит знать не только о реальной или мнимой опасности, но и о пользе их применения для приготовления еды. Посуда из чугуна и нержавеющей стали повышает содержание в готовых блюдах железа, делая их особенно полезными для людей с анемией и рядом других заболеваний. Этот же элемент позволяет повысить иммунитет даже у здорового человека.

Особенности использования и ухода

Увеличить надежность, эффективность и срок эксплуатации индукционных плит позволяет выполнение таких рекомендаций:

  • перед установкой стоит убедиться, что электросеть выдержит такую нагрузку — средняя мощность техники 7 кВт, что требует использования кабеля с площадью сечении 3-4 кв. мм;
  • в помещении должны сохраняться указанные в паспортных данных плиты температура и влажность;
  • над поверхностью плит не следует размещать посуду и инвентарь, которые могут повредить стеклокерамическую поверхность при падении;
  • для готовки можно пользоваться только посудой с идеально ровным дном, чтобы не повредить стеклокерамику.

Лучший материал для готовки на индукционных плитах — чугун. Однако из-за его большого веса необходимо пользоваться им с максимальной аккуратностью — тяжелая посуда может легко повредить технику. Подходит для такого оборудования и эмалированная сталь, хотя ее покрытие со временем разрушается. Совершенно несовместима с индукционными плитами посуда из керамики, стекла, алюминия или меди. Исключение — специальные комбинированные предметы, в дно которых вставлены стальные элементы.

Важно! Сегодня выпускаются специальные адаптеры, использование которых позволяет использовать любую посуду. Устройство напоминает плоскую (блинную) сковороду с ручкой, которая выступает в роли подставки под кастрюлю. Стоимость такого переходника в пределах 1000-2000 рублей.

Следует уделить внимание и моющим средствам. Производители рекомендуют пользоваться только специальной бытовой химией — однако она отличается высокой ценой. Поэтому можно выбрать более дешевые средства, в составе которых нет абразивных компонентов, способных повредить стеклокерамику. Стойкие загрязнения удаляют, смочив нужное место водой и оставив ненадолго до очистки — но лучше всего сразу не допускать их появления, вовремя протирая поверхность.

Современные индукционные плиты хорошо защищены от перепадов напряжения, перегрева и попадания воды на поверхность. Встроенные диагностические системы автоматически определяют проблемы, но пользователям все равно следует обращать внимание на появление специфического запаха сгоревшей изоляции или дыма. При появлении любых признаков неисправности прибор необходимо отключить от сети и обратиться в сервис.

Сравнение с другими плитами

Для сравнения с другими видами оборудования следует знать, чем отличается индукционная плита от электрической и газовой. Газовые поверхности обходится дешевле при покупке, не боятся падения тяжелых предметов, позволяют готовить пищу привычным способом. Индукционным плитам они уступают из-за взрывоопасности, необходимости в разрешении на установку и газификации жилья, сложного ухода и невысокого КПД (до 50% вместо 90%), появления копоти и нагара на стенах и потолке.

При сравнении с электрическими моделями стоит отметить более низкую цену электрических поверхностей, а также возможность пользоваться почти любой посудой. У индукционной плиты расход электроэнергии более низкий, за счет повышенной эффективности и уменьшения времени нагрева. А еще их безопаснее использовать и проще очищать. Поэтому, выбирая между двумя вариантами, стоит отдать предпочтение индукционным моделям. Тем, кто хочет получить преимущества каждого вида, могут найти компромисс, купив комбинированную технику с 2 вариантами конфорок.

Читайте также:

Фото: компании-производители