Vaření na indukčním panelu připomíná magii – teplo vaření je pouze uvnitř nádobí, ale kolem něj není ani náznak tepla. Budou probrány technologie používané v indukčních varných deskách k dosažení tohoto kouzla.
Indukce v detailu
Schopnost elektrického proudu vzniknout ve vodiči, když protíná magnetické siločáry, si všiml Michael Faraday v roce 1831. Objev elektromagnetické indukce dal vzniknout zlaté éře vývoje elektrických strojů na střídavý proud (generátorů, elektromotorů a transformátorů), které určují pohodlný život lidstva dodnes.
Při konstrukci prvních vzorků elektrických strojů a zařízení se vynálezci potýkali s problémem zahřívání jejich „železa“, což vedlo k výrazným energetickým ztrátám (v důsledku jeho přeměny na teplo) a celkovému poklesu účinnosti zařízení. Jednotky.
O něco později Faraday popsal povahu výskytu elektrického proudu nejen na povrchu vodiče, ale také v tloušťce materiálu z pohledu jím objeveného jevu. Tyto proudy se nazývaly vířivé proudy, protože vznikají v rovině kolmé k magnetickému toku a mají kruhový charakter proudění. Později se jim říkalo Foucaultovy proudy na počest vědce, který zasvětil svůj život jejich studiu.
V roce 1841 vědci James Joule a Emil Lenz, provádějící výzkum nezávisle na sobě, dospěli k závěru, že množství tepelné energie uvolněné vodičem, když jím prochází elektrický proud, je přímo závislé na hustotě elektrického proudu a síla elektrického pole.
Formulace tohoto zákona dala pochopení podstaty ohřevu kovových jader transformátorů a železa statorů a rotorů elektrických strojů a také dala podnět k vývoji metod ke snížení vlivu vířivých proudů na provoz elektrické stroje a zařízení.
Vířivé proudy jsou považovány za parazitní. Při návrhu elektrických zařízení se s nimi nemilosrdně zachází a snaží se minimalizovat jejich dopad na provoz zařízení. Například u transformátorů je magnetické jádro vyrobeno z tenkých kovových desek, které jsou od sebe izolované. Totéž se provádí při výrobě statorového železa pro střídavé elektrické stroje.
V případě indukčních pecí jsou Foucaultovy proudy hlavní složkou, která umožňuje dosáhnout úžasných výsledků, takže jsou všemožně „kultivovány“ a posilovány.
Umístění kovu do střídavého magnetického pole umožňuje jeho zahřívání kvůli výskytu vířivých proudů v něm.
Tato vlastnost dala vzniknout celé rodině zařízení – indukčních pecí, používaných jak v průmyslu (výroba ultračistých (bez příměsí) slitin, svařování, pájení a tavení kovů atd.), tak v běžném životě (vaření). Navíc bylo zjištěno, že se zvyšující se frekvencí střídavého magnetického pole zesilují procesy výskytu vířivých proudů, což umožňuje rychlejší ohřev materiálu v něm umístěného.
Konstrukce a princip činnosti indukční varné desky
- induktor;
- usměrňovač;
- střídač;
- ventilátor;
- řídící desky.
Indukční panel funguje následovně. Střídavé síťové napětí je usměrněno a přivedeno na vstup střídače. V něm se opět převádí na proměnnou, ale s mnohem vyšší frekvencí. Indukční varné desky obvykle pracují ve frekvenčním rozsahu 20 kHz až 120 kHz.
Nižší práh byl zvolen z nějakého důvodu: je to právě hodnota frekvence, nad kterou lidské ucho není schopno detekovat zvukové vibrace. Aby nedocházelo k nepohodlí uživatelům nepříjemným zvukem, spodní frekvenční práh nemůže být nižší než 20 kHz.
Během provozu se elektronické součástky měniče a tlumivky značně zahřívají, takže deska měniče je nucena být ofukována proudem vzduchu čerpaným ventilátorem.
Induktor, což je cívka navinutá z lankového měděného drátu ve tvaru hořáku, generuje střídavé vysokofrekvenční magnetické pole.
Regulace topného výkonu v indukčních pecích může probíhat dvěma způsoby:
- cyklické zapínání tlumivky na plný výkon. Frekvence zapínání závisí na požadované teplotě ohřevu pokrmu při vaření. Získává se z teplotních čidel instalovaných pod vnějším povrchem pece. V tomto případě zůstává frekvence magnetického pole hořáku nezměněna;
- změna frekvence magnetického pole. Čím vyšší frekvence, tím více vířivých proudů se v nádobě indukuje. V důsledku toho je možné získat vyšší teplotu ohřevu jeho povrchu. Regulace výkonu hořáku spadá zpravidla do stejného frekvenčního rozsahu: 20 kHz – 120 kHz.
U levných modelů se k regulaci topného výkonu používá metoda cyklického řízení výkonu.
U pokročilejších – změna frekvence.
Při položení kovové pánve na hořák vznikají v tloušťce materiálu vířivé proudy, které zajišťují jeho ohřev. V podstatě dno hrnce nebo pánve funguje jako sekundární vinutí transformátoru (zkratované) a je vynikajícím prostředím pro výskyt Foucaultových proudů.
Zde bychom měli udělat jednu důležitou odbočku a mluvit o kožním efektu, jinak nazývaném povrchový efekt.
Jakýkoli elektrický proud procházející vodičem vytváří kolem něj elektromagnetické pole. Totéž platí pro vířivé proudy. Magnetická pole, která se vzájemně ovlivňují, vytlačují elektrony z tloušťky materiálu na jeho povrch, nazývaný povrchová vrstva, a elektrický proud prochází více po povrchu vodiče než v jeho vnitřních vrstvách. Objemová proudová hustota ve vrstvě kůže je výrazně vyšší než v její tloušťce. Je známo, že s rostoucí hloubkou průniku do materiálu klesá amplituda vířivých proudů a mnohem hůře provádějí ohřev. Použití materiálu s tenkou vrstvou kůže umožňuje dosáhnout vyšších teplot povrchového ohřevu.
Tloušťka povrchové vrstvy je nepřímo úměrná frekvenci střídavého magnetického pole, to znamená, že s rostoucí frekvencí se tloušťka vrstvy zmenšuje, což umožňuje získat vyšší proudovou hustotu a efektivnější ohřev povrchu vodiče. .
Každý materiál má svou vlastní strukturu krystalové mřížky, jejíž vlastnosti určují jeho vodivost a tloušťku povrchové vrstvy. Například ve frekvenčním rozsahu 20 kHz – 120 kHz (standardní pracovní frekvence hořáků indukčních varných desek) je tloušťka ocelové povrchové vrstvy o řád menší než tloušťka měděných nebo hliníkových vrstev.
K čemu to všechno je? A jaký materiál by měl být použit, aby bylo nádobí vhodné do indukční trouby. A jaké nádobí v zásadě používat.
Pouze kovy s feromagnetickými vlastnostmi mohou zajistit požadované teploty ohřevu dna nádobí a jsou vhodné spíše pro vaření jídla než pro pomalé ohřívání.
Na indukci tedy potřebujete nádobí, na které se magnet přilepí. To není rozmar výrobce, ale objektivní nutnost!
Pak je vše jednoduché. Na vnitřním povrchu dna nádoby se indukují vířivé proudy způsobené vysokofrekvenčním magnetickým polem. Je to ona, kdo přichází do kontaktu s produkty a zahřívá je, čímž jim dodává tepelnou energii. To vysvětluje vysokou rychlost ohřevu na indukčních varných deskách.
Samozřejmě díky tepelné vodivosti kovu se zahřeje jak samotné nádobí, tak varná deska, ale nebudou to stovky stupňů. Vařit tedy můžete, i když hořák přikryjete ubrouskem – nevzplane, teplota na zapálení prostě nestačí.
Produkty, které dopadnou na povrch, se ze stejného důvodu nepřipálí.
Kouzlo? Když víte, jak indukční povrch funguje, chápete, že to není taková magie. Obyčejná fyzika!
