(Хотя в данном случае желателен нагрев из-за вихревых токов, интересно отметить, что производители трансформаторов делают все возможное, чтобы избежать этого явления в своих трансформаторах. Используются ламинированные сердечники трансформаторов, порошковые железные сердечники и ферриты для предотвращения протекания вихревых токов внутри сердечников трансформатора.Прохождение вихревых токов внутри трансформатора крайне нежелательно, поскольку оно вызывает нагрев магнитного сердечника и приводит к потере энергии.)

Для черных металлов, таких как железо и некоторые виды стали, существует дополнительный механизм нагрева, который происходит одновременно с вихревыми токами, упомянутыми выше. Интенсивное переменное магнитное поле внутри рабочей катушки многократно намагничивает и демагнетизирует кристаллы железа. Это быстрое перевороты магнитных доменов вызывает значительное трение и нагрев внутри материала. Нагрев из-за этого механизма известен как потеря гистерезиса и является наибольшим для материалов, которые имеют большую площадь внутри их кривой B-H.Это может быть большим фактором, способствующим выделению тепла во время индукционного нагрева, но происходит только внутри черных металлов. По этой причине материалы из черных металлов легче поддаются индукционному нагреву, чем материалы из цветных металлов.

Интересно отметить, что сталь теряет свои магнитные свойства при нагревании выше примерно 700 ° C. Эта температура известна как температура Кюри. Это означает, что при температуре выше 700 ° C не может быть нагрева материала из-за гистерезисных потерь.Дальнейший нагрев материала должен происходить только за счет наведенных вихревых токов. Это делает нагрев стали выше 700 ° C более сложной задачей для систем индукционного нагрева. Тот факт, что медь и алюминий являются как немагнитными, так и очень хорошими электрическими проводниками, также может затруднить эффективное нагревание этих материалов. (Мы увидим, что для этих материалов лучше всего увеличить частоту, чтобы преувеличить потери из-за скин-эффекта.)

Индукционный нагрев может использоваться для любого применения, где мы хотим нагревать электропроводящий материал чистым, эффективным и контролируемым образом.

Одно из наиболее распространенных применений — герметизация защитных пломб, приклеенных к верхней части бутылок с лекарствами и напитками. Пленка из фольги, покрытая «термоклеем», вставляется в пластиковую крышку и навинчивается на верхнюю часть каждой бутылки во время производства. Эти уплотнения из фольги затем быстро нагреваются, когда бутылки проходят под индукционным нагревателем на производственной линии. Вырабатываемое тепло расплавляет клей и запечатывает фольгу на верхней части бутылки. Когда крышка снята, фольга остается герметичной и предотвращает любое вмешательство или загрязнение содержимого бутылки до тех пор, пока покупатель не проткнет фольгу.

Еще одно распространенное применение — «поджиг геттера» для удаления загрязнений с вакуумированных трубок, таких как кинескопы для телевизоров, вакуумные лампы и различные газоразрядные лампы. Кольцо из проводящего материала, называемое «геттером», помещается в вакуумированный стеклянный сосуд. Поскольку индукционный нагрев является бесконтактным процессом, его можно использовать для нагрева газопоглотителя, который уже запечатан внутри емкости. Индукционная рабочая катушка расположена рядом с геттером снаружи вакуумной трубки, и источник переменного тока включен.Через несколько секунд после запуска индукционного нагревателя газопоглотитель нагревается добела, и химические вещества в его покрытии вступают в реакцию с любыми газами в вакууме. В результате геттер поглощает любые последние оставшиеся следы газа внутри вакуумной трубки и увеличивает чистоту вакуума.

Еще одним распространенным применением индукционного нагрева является процесс, называемый зонной очисткой, используемый в промышленности по производству полупроводников. Это процесс, в котором кремний очищается с помощью движущейся зоны расплавленного материала.Поиск в Интернете обязательно найдет более подробную информацию об этом процессе, о котором я мало знаю.

Другие области применения включают плавление, сварку и пайку металлов. Индукционные варочные панели и рисоварки. Закалка металла боеприпасов, зубьев шестерен, пильных полотен, приводных валов и т. Д. Также является обычным применением, поскольку в процессе индукции поверхность металла нагревается очень быстро. Следовательно, его можно использовать для поверхностного упрочнения и упрочнения локализованных участков металлических деталей за счет «опережения» теплопроводности тепла вглубь детали или окружающих областей.Бесконтактный характер индукционного нагрева также означает, что его можно использовать для нагрева материалов в аналитических целях без риска загрязнения образца. Точно так же металлические медицинские инструменты можно стерилизовать, нагревая их до высоких температур, пока они все еще запечатаны в известной стерильной среде, чтобы убить микробы.

Теоретически для индукционного нагрева необходимы только 3 вещи:

1. Источник высокочастотной электроэнергии,
2. Рабочая катушка для создания переменного магнитного поля,
3. Нагреваемая электрически проводящая деталь,

Сказав это, практические системы индукционного нагрева обычно немного сложнее. Например, между высокочастотным источником и рабочей катушкой часто требуется цепь согласования импеданса, чтобы гарантировать хорошую передачу мощности. Системы водяного охлаждения также распространены в индукционных нагревателях высокой мощности для отвода тепла от рабочей катушки, ее согласующей сети и силовой электроники. Наконец, некоторая управляющая электроника обычно используется для управления интенсивностью нагрева и времени цикла нагрева для обеспечения стабильных результатов. Управляющая электроника также защищает систему от повреждений в результате ряда неблагоприятных условий эксплуатации.Однако основной принцип работы любого индукционного нагревателя остается таким же, как описано ранее.

На практике рабочая катушка обычно включается в контур резонансного резервуара. Это дает ряд преимуществ. Во-первых, это делает форму волны тока или напряжения синусоидальной. Это сводит к минимуму потери в инверторе, позволяя ему использовать переключение при нулевом напряжении или при нулевом токе, в зависимости от точного выбранного расположения. Синусоидальная форма волны на рабочей катушке также представляет более чистый сигнал и вызывает меньшие радиочастотные помехи для ближайшего оборудования. Этот более поздний момент становится очень важным в системах с большой мощностью. Мы увидим, что существует ряд резонансных схем, которые разработчик индукционного нагревателя может выбрать для рабочей катушки:

Серия резонансный контур резервуара

Рабочая катушка резонирует на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, включенного последовательно с ней.Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным. Последовательный резонанс также увеличивает напряжение на рабочей катушке, намного превышающее выходное напряжение только инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, но он должен нести полный ток, протекающий в рабочей катушке. По этой причине рабочая катушка часто состоит из множества витков провода, через которые протекают всего несколько ампер или десятки ампер. Значительная мощность нагрева достигается за счет разрешения резонансного повышения напряжения на рабочей катушке в последовательно-резонансном расположении при сохранении тока через катушку (и инвертор) на разумном уровне.

Такое расположение обычно используется в рисоварках, где уровень мощности низкий, а инвертор расположен рядом с нагреваемым объектом. Основные недостатки последовательного резонансного устройства заключаются в том, что инвертор должен пропускать тот же ток, который течет в рабочей катушке. В дополнение к этому повышение напряжения из-за последовательного резонанса может стать очень заметным, если в рабочей катушке нет заготовки значительного размера, которая могла бы демпфировать цепь. Это не проблема для таких приложений, как рисоварки, где заготовкой всегда является одна и та же варочная емкость, и ее свойства хорошо известны на момент разработки системы.

Резервуарный конденсатор обычно рассчитан на высокое напряжение из-за повышения резонансного напряжения в последовательно настроенном резонансном контуре. Он также должен пропускать полный ток, переносимый рабочей катушкой, хотя обычно это не проблема для маломощных приложений.

Параллельный резонансный контур резервуара

Рабочая катушка резонирует на заданной рабочей частоте с помощью конденсатора, помещенного параллельно ей. Это приводит к тому, что ток через рабочую катушку становится синусоидальным.Параллельный резонанс также увеличивает ток через рабочую катушку, намного превышающий допустимый выходной ток только инвертора. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки. Однако в этом случае он должен проводить только ту часть тока нагрузки, которая действительно работает. Инвертор не должен пропускать полный ток, циркулирующий в рабочей катушке. Это очень важно, поскольку коэффициенты мощности в приложениях индукционного нагрева обычно низкие. Это свойство параллельного резонансного контура может в десять раз уменьшить ток, который должен поддерживаться инвертором и проводами, соединяющими его с рабочей катушкой. Потери проводимости обычно пропорциональны квадрату тока, поэтому десятикратное снижение тока нагрузки представляет собой значительную экономию потерь проводимости в инверторе и соответствующей проводке. Это означает, что рабочую катушку можно разместить в месте, удаленном от инвертора, без значительных потерь в питающих проводах.

Рабочие катушки, использующие эту технику, часто состоят только из нескольких витков толстого медного проводника, но протекают большие токи в несколько сотен или тысяч ампер.(Это необходимо для получения необходимого количества витков в Амперах для индукционного нагрева.) Водяное охлаждение является общим для всех систем, кроме самых маленьких. Это необходимо для удаления избыточного тепла, генерируемого прохождением большого высокочастотного тока через рабочую катушку и связанный с ней емкостной конденсатор.

В схеме параллельного резонансного резервуара рабочую катушку можно рассматривать как индуктивную нагрузку с подключенным к ней конденсатором «коррекции коэффициента мощности». Конденсатор PFC обеспечивает прохождение реактивного тока, равного и противоположного значительному индуктивному току, потребляемому рабочей катушкой.Ключевой момент, о котором следует помнить, заключается в том, что этот огромный ток локализован в рабочей катушке и ее конденсаторе и просто представляет собой колебания реактивной мощности между ними. Следовательно, единственный реальный ток, протекающий от инвертора, — это относительно небольшая величина, необходимая для преодоления потерь в конденсаторе «PFC» и рабочей катушке. В этой цепи резервуара всегда есть некоторые потери из-за диэлектрических потерь в конденсаторе и скин-эффекта, вызывающего резистивные потери в конденсаторе и рабочей катушке. Поэтому от инвертора всегда поступает небольшой ток, даже при отсутствии детали.Когда деталь с потерями вставляется в рабочую катушку, это гасит параллельный резонансный контур, вводя дополнительные потери в систему. Следовательно, ток, потребляемый параллельным резонансным контуром резервуара, увеличивается, когда деталь входит в катушку.

Или просто «Соответствие». Это относится к электронике, которая находится между источником высокочастотной энергии и рабочей катушкой, которую мы используем для нагрева. Для того, чтобы нагреть твердый кусок металла с помощью индукционного нагрева, нам нужно вызвать УДИВИТЕЛЬНЫЙ ток, протекающий по поверхности металла.Однако это можно отличить от инвертора, который генерирует высокочастотную энергию. Инвертор обычно работает лучше (и его конструкция несколько проще), если он работает при достаточно высоком напряжении, но при низком токе. (Обычно проблемы возникают в силовой электронике, когда мы пытаемся включить и выключить большие токи за очень короткое время.) Увеличение напряжения и уменьшение тока позволяет использовать полевые МОП-транзисторы с общим переключателем (или быстрые IGBT). Сравнительно низкие токи делают инвертор менее чувствительным к проблемам компоновки и паразитной индуктивности.Задача согласующей цепи и самой рабочей катушки — преобразовать высокое напряжение / слабый ток от инвертора в низковольтное / сильноточное, необходимое для эффективного нагрева заготовки.

При резонансном возбуждении ток, потребляемый емкостным конденсатором и рабочей катушкой, равны по величине и противоположны по фазе и, следовательно, нейтрализуют друг друга в отношении источника энергии. Это означает, что единственная нагрузка, которую видит источник питания на резонансной частоте, — это сопротивление потерь в цепи резервуара. (Обратите внимание, что при возбуждении по обе стороны от резонансной частоты возникает дополнительная «противофазная» составляющая к току, вызванная неполным устранением тока рабочей катушки и тока конденсатора резервуара. Этот реактивный ток увеличивает общая величина тока, потребляемого от источника, но не способствует полезному нагреву детали.)

Задача согласующей цепи — просто преобразовать это относительно большое сопротивление потерь в контуре резервуара до более низкого значения, которое лучше подходит инвертору, пытающемуся его управлять.Существует множество различных способов достижения этого преобразования импеданса, включая отвод рабочей катушки, использование ферритового трансформатора, емкостного делителя вместо емкостного конденсатора или согласующей цепи, такой как L-образная цепь.

Сеть L-match имеет несколько очень желаемых свойств в этом приложении. Катушка индуктивности на входе в L-образную цепь представляет постепенно возрастающее индуктивное сопротивление на всех частотах, превышающих резонансную частоту контура резервуара. Это очень важно, когда рабочая катушка должна питаться от инвертора источника напряжения, который генерирует выходное напряжение прямоугольной формы. Вот объяснение, почему это так.

Напряжение прямоугольной формы, генерируемое большинством полумостовых и полномостовых схем, богато высокочастотными гармониками, а также необходимой основной частотой. Прямое подключение такого источника напряжения к параллельному резонансному контуру привело бы к протеканию чрезмерных токов на всех гармониках частоты привода! Это связано с тем, что емкостный конденсатор в параллельном резонансном контуре будет иметь все более низкое емкостное сопротивление к увеличивающимся частотам.Это потенциально очень опасно для инвертора источника напряжения. Это приводит к большим всплескам тока при переключениях, поскольку инвертор пытается быстро зарядить и разрядить резервуарный конденсатор на нарастающих и спадающих фронтах прямоугольной волны. Включение L-образной цепи между инвертором и контуром резервуара устраняет эту проблему. Теперь на выходе инвертора сначала отображается индуктивное сопротивление Lm в согласующей цепи, а все гармоники формы волны возбуждения видят постепенно возрастающее индуктивное сопротивление. Это означает, что максимальный ток протекает только с заданной частотой, а гармонический ток незначителен, что делает ток нагрузки инвертора плавным.

Наконец, при правильной настройке сеть L-match может обеспечивать небольшую индуктивную нагрузку на инвертор. Этот слегка отстающий ток нагрузки инвертора может облегчить переключение при нулевом напряжении (ZVS) полевых МОП-транзисторов в инверторном мосту. Это значительно снижает потери переключения при включении из-за выходной емкости в полевых МОП-транзисторах, работающих при высоких напряжениях.Общий результат — меньший нагрев полупроводников и увеличение срока службы.

Таким образом, включение цепи L-соответствия между инвертором и параллельным резонансным контуром резервуара позволяет добиться двух вещей.

1. Согласование импеданса, позволяющее подавать необходимое количество энергии от инвертора к заготовке,
2. Показано возрастающее индуктивное сопротивление к высокочастотным гармоникам для обеспечения безопасности и благополучия инвертора.

Эта схема включает рабочую катушку в параллельный резонансный контур и использует схему L-соответствия между контуром резервуара и инвертором.Согласующая цепь используется для того, чтобы контур резервуара выглядел как более подходящая нагрузка для инвертора, и ее происхождение обсуждается в разделе выше.

Рабочая катушка LCLR имеет ряд желаемых свойств:

1. В рабочей катушке течет большой ток, но инвертор должен подавать только слабый ток. Большой циркулирующий ток ограничен рабочей катушкой и ее параллельным конденсатором, которые обычно расположены очень близко друг к другу.
2. По линии передачи от инвертора к контуру бака течет сравнительно небольшой ток, поэтому можно использовать более легкий кабель.
3. Любая паразитная индуктивность линии передачи просто становится частью согласованной индуктивности сети (Лм). Следовательно, тепловая станция может быть расположена вдали от инвертора.
4. Инвертор видит синусоидальный ток нагрузки, поэтому он может использовать ZCS или ZVS для снижения коммутационных потерь и, следовательно, охлаждения.
5. Последовательный согласующий индуктор может быть изменен для обслуживания различных нагрузок, размещенных внутри рабочей катушки.
6. Цепь резервуара может питаться через несколько согласующих катушек индуктивности от многих инверторов, чтобы достичь уровней мощности выше тех, которые достигаются с помощью одного инвертора. Соответствующие катушки индуктивности обеспечивают внутреннее разделение тока нагрузки между инверторами, а также делают систему устойчивой к некоторым рассогласованиям моментов переключения параллельно включенных инверторов.

Для получения дополнительной информации о поведении резонансной сети LCLR см. Новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR».

Еще одно преимущество рабочей катушки LCLR состоит в том, что не требуется высокочастотный трансформатор для обеспечения функции согласования импеданса.Ферритовые трансформаторы, выдерживающие несколько киловатт, большие, тяжелые и довольно дорогие. В дополнение к этому трансформатор необходимо охладить, чтобы отвести избыточное тепло, выделяемое высокими токами, протекающими в его проводниках. Включение схемы L-match в схему рабочей катушки LCLR устраняет необходимость в трансформаторе для согласования инвертора с рабочей катушкой, что снижает затраты и упрощает конструкцию. Однако разработчик должен понимать, что между инвертором и входом рабочей катушки LCLR может потребоваться разделительный трансформатор 1: 1, если необходима электрическая изоляция от сети. Это зависит от того, важна ли изоляция и обеспечивает ли основной блок питания в индукционном нагревателе достаточную электрическую изоляцию для удовлетворения этих требований безопасности.

На схеме ниже показан простейший инвертор, приводящий в действие его рабочую катушку LCLR.

Инвертор в этом демонстрационном прототипе представлял собой простой полумост, состоящий из двух полевых МОП-транзисторов MTW14N50, изготовленных мной On-semiconductor (ранее Motorola.Он питается от сглаженного источника постоянного тока с разделительным конденсатором по шинам для поддержки требований инвертора по переменному току. Однако следует понимать, что качество и регулировка источника питания для приложений индукционного нагрева не критичны. Двухполупериодная выпрямленная (но не сглаженная) сеть может работать так же, как и сглаженный и регулируемый постоянный ток, когда дело доходит до нагрева металла, но пиковые токи выше при той же средней мощности нагрева. Существует много аргументов в пользу того, чтобы уменьшить размер конденсатора шины постоянного тока до минимума.В частности, он улучшает коэффициент мощности тока, потребляемого от сети через выпрямитель, а также сводит к минимуму запасенную энергию в случае неисправности инвертора.

Конденсатор блокировки постоянного тока используется только для предотвращения выхода постоянного тока из полумостового инвертора, вызывающего протекание тока через рабочую катушку. Его размер достаточно велик, чтобы он не участвовал в согласовании импеданса и не влиял отрицательно на работу устройства рабочей катушки LCLR.

В схемах с высокой мощностью обычно используется полный мост (H-мост) из 4 или более переключающих устройств. В таких конструкциях согласующая индуктивность обычно делится поровну между двумя ветвями моста, так что формы волны напряжения возбуждения сбалансированы относительно земли. Конденсатор блокировки постоянного тока также может быть исключен, если используется управление режимом тока, чтобы гарантировать, что чистый постоянный ток не течет между ветвями моста. (Если обе ветви H-моста могут управляться независимо, тогда есть возможность управлять пропускной способностью с помощью управления фазовым сдвигом.См. Пункт 6 в разделе «Методы управления мощностью» ниже для получения дополнительной информации.)

При еще более высоких мощностях можно использовать несколько отдельных инверторов, эффективно соединенных параллельно, чтобы удовлетворить высокие требования к току нагрузки. Однако отдельные инверторы не подключаются напрямую параллельно к выходным клеммам их H-мостов. Каждый из распределенных инверторов подключается к удаленной рабочей катушке через свою собственную пару согласующих катушек индуктивности, что обеспечивает равномерное распределение общей нагрузки между всеми инверторами.

Эти согласующие катушки индуктивности также обеспечивают ряд дополнительных преимуществ при таком параллельном подключении инверторов. Во-первых, импеданс МЕЖДУ любыми двумя выходами инвертора в два раза больше соответствующей индуктивности. Этот индуктивный импеданс ограничивает ток «пробега между», который протекает между параллельно включенными инверторами, если их моменты переключения не идеально синхронизированы. Во-вторых, такое же индуктивное реактивное сопротивление между инверторами ограничивает скорость нарастания тока короткого замыкания, если один из инверторов обнаруживает отказ устройства, что потенциально исключает отказ других устройств.Наконец, поскольку все распределенные инверторы уже подключены через катушки индуктивности, любая дополнительная индуктивность между инверторами просто добавляет к этому импедансу и имеет только эффект небольшого ухудшения распределения тока. Следовательно, распределенные инверторы для индукционного нагрева не обязательно должны располагаться физически близко друг к другу. Если в конструкции включены изолирующие трансформаторы, им даже не нужно питаться от одного источника!

Устройство рабочей катушки LCLR очень хорошо ведет себя при различных возможных неисправностях.

1. Обрыв цепи работы катушки.
2. Короткое замыкание рабочей катушки (или емкостного конденсатора).
3. Короткое замыкание в рабочей катушке.
4. Бачковый конденсатор обрыва цепи.

Все эти отказы приводят к увеличению импеданса инвертора и, следовательно, к соответствующему падению тока, потребляемого инвертором. Автор лично использовал отвертку для короткого замыкания между витками рабочей катушки на несколько сотен ампер. Несмотря на искры, летящие в месте короткого замыкания, нагрузка на инвертор снижается, и система с легкостью выдерживает это воздействие.

Худшее, что может случиться, — это то, что контур резервуара расстроится так, что его собственная резонансная частота будет чуть выше рабочей частоты инвертора. Поскольку частота привода все еще близка к резонансной, из инвертора все еще течет значительный ток. Но коэффициент мощности уменьшается из-за расстройки, и ток нагрузки инвертора начинает опережать напряжение. Эта ситуация нежелательна, потому что ток нагрузки, воспринимаемый инвертором, меняет направление до изменения приложенного напряжения. Результатом этого является то, что ток принудительно коммутируется между диодами свободного хода и противоположным MOSFET каждый раз, когда MOSFET включается. Это вызывает принудительное обратное восстановление диодов свободного хода, когда они уже проводят значительный прямой ток. Это приводит к сильному скачку тока через диод и противоположный MOSFET, который включается.

Хотя это не проблема для специальных выпрямителей с быстрым восстановлением, это принудительное восстановление может вызвать проблемы, если внутренние диоды полевых МОП-транзисторов используются для обеспечения функции диодов свободного хода.Эти большие скачки тока по-прежнему представляют собой значительную потерю мощности и угрозу для надежности. Однако следует понимать, что надлежащий контроль рабочей частоты инвертора должен гарантировать, что он отслеживает резонансную частоту контура резервуара. Следовательно, условие опережающего коэффициента мощности в идеале не должно возникать и определенно не должно сохраняться в течение какого-либо периода времени. Резонансная частота должна отслеживаться до ее предела, затем отключение системы, если она выходит за пределы допустимого диапазона частот.

Часто желательно контролировать количество энергии, обрабатываемой индукционным нагревателем. Это определяет скорость, с которой тепловая энергия передается заготовке. Установкой мощности индукционного нагревателя этого типа можно управлять несколькими способами:

1. Изменение напряжения промежуточного контура.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения напряжения питания инвертора.Это можно сделать, запустив инвертор от источника постоянного тока с переменным напряжением, такого как управляемый выпрямитель, использующий тиристоры для изменения напряжения постоянного тока, получаемого от сети. Импеданс, подаваемый на инвертор, в значительной степени постоянен при изменении уровня мощности, поэтому пропускная способность инвертора примерно пропорциональна квадрату напряжения питания. Изменение напряжения промежуточного контура позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%.

Следует отметить, однако, что точная пропускная способность мощности в киловаттах зависит не только от напряжения питания постоянного тока на инвертор, но также от нагрузки, которую рабочая катушка представляет инвертору через согласующую сеть.Поэтому, если требуется точное регулирование мощности, необходимо измерить фактическую мощность индукционного нагрева, сравнить с запрошенной «настройкой мощности» от оператора и передать сигнал ошибки, чтобы непрерывно регулировать напряжение промежуточного контура в замкнутом контуре, чтобы минимизировать ошибку. . Это необходимо для поддержания постоянной мощности, поскольку сопротивление заготовки значительно изменяется при нагревании. (Этот аргумент для управления мощностью с обратной связью также применим ко всем методам, которые следуют ниже.)

2.Изменение продолжительности включения устройств в инверторе.

Мощность, обрабатываемая инвертором, может быть уменьшена за счет уменьшения времени включения переключателей в инверторе. Электроэнергия подается на рабочую катушку только тогда, когда устройства включены. Затем ток нагрузки свободно проходит через диоды корпуса устройства в течение мертвого времени, когда оба устройства выключены. Изменение продолжительности включения переключателей позволяет полностью контролировать мощность от 0% до 100%. Однако существенным недостатком этого метода является коммутация больших токов между активными устройствами и их свободными диодами.Принудительное обратное восстановление диодов свободного хода, которое может произойти при значительном уменьшении продолжительности включения. По этой причине регулирование продолжительности включения обычно не используется в инверторах с индукционным нагревом большой мощности.

3. Изменение рабочей частоты инвертора.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть уменьшена путем отстройки инвертора от собственной резонансной частоты цепи резервуара, включающей рабочую катушку. Поскольку рабочая частота инвертора отодвигается от резонансной частоты контура резервуара, резонансный рост в контуре резервуара уменьшается, и ток в рабочей катушке уменьшается. Следовательно, меньше циркулирующего тока индуцируется в заготовке, и эффект нагрева уменьшается.

Для уменьшения пропускной способности инвертор обычно расстраивается на стороне высокого напряжения собственной резонансной частоты контуров резервуара. Это приводит к тому, что индуктивное реактивное сопротивление на входе согласующей цепи становится все более доминирующим с увеличением частоты. Поэтому ток, потребляемый от инвертора согласующей цепью, начинает отставать по фазе и уменьшаться по амплитуде.Оба эти фактора способствуют снижению реальной пропускной способности. В дополнение к этому запаздывающий коэффициент мощности гарантирует, что устройства в инверторе по-прежнему включаются с нулевым напряжением на них, и нет проблем с восстановлением свободного хода диода. (Это можно контрастировать с ситуацией, которая могла бы возникнуть, если бы инвертор был отстроен на низкую сторону резонансной частоты рабочей катушки. ZVS теряется, и диоды свободного хода видят принудительное обратное восстановление при значительном токе нагрузки. )

Этот метод управления уровнем мощности путем отстройки очень прост, поскольку большинство индукционных нагревателей уже контролируют рабочую частоту инвертора, чтобы обслуживать различные детали и рабочие катушки. Обратной стороной является то, что он обеспечивает только ограниченный диапазон управления, так как есть предел скорости переключения силовых полупроводников. Это особенно верно в приложениях с высоким энергопотреблением, где устройства уже могут работать со скоростью, близкой к максимальной.Системы большой мощности, использующие этот метод управления мощностью, требуют подробного теплового анализа результатов коммутационных потерь на разных уровнях мощности, чтобы гарантировать, что температура устройств всегда находится в допустимых пределах.

Для получения более подробной информации об управлении мощностью с помощью расстройки см. Новый раздел ниже, озаглавленный «Частотная характеристика сети LCLR».

4. Изменение значения индуктивности в согласующей цепи.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может быть изменена путем изменения значения соответствующих компонентов сети.Схема L-соответствия между инвертором и цепью резервуара технически состоит из индуктивной и емкостной частей. Но емкостная часть параллельна собственному емкостному конденсатору рабочей катушки, и на практике это обычно одна и та же часть. Поэтому единственная часть согласующей цепи, которую можно настроить, — это индуктор.

Согласующая цепь отвечает за преобразование импеданса нагрузки рабочей катушки до подходящего импеданса нагрузки, приводимого в действие инвертором.Изменение индуктивности соответствующей катушки индуктивности регулирует значение, на которое преобразуется импеданс нагрузки. Как правило, уменьшение индуктивности согласующей катушки индуктивности вызывает преобразование полного сопротивления рабочей катушки в сторону более низкого импеданса. Этот более низкий импеданс нагрузки, передаваемый инвертору, приводит к тому, что инвертор получает больше энергии. И наоборот, увеличение индуктивности согласующей катушки индуктивности вызывает более высокое сопротивление нагрузки, передаваемое инвертору. Эта более легкая нагрузка приводит к более низкому потоку мощности от инвертора к рабочей катушке.

Степень управления мощностью, достижимая путем изменения согласующей катушки индуктивности, умеренная. Также происходит сдвиг резонансной частоты всей системы — это цена, которую приходится платить за объединение емкости L-согласования и емкости резервуара в одну единицу. Схема L-согласования по существу заимствует часть емкости у емкостного конденсатора для выполнения операции согласования, тем самым оставляя баковый контур резонировать на более высокой частоте. По этой причине соответствующий индуктор обычно фиксируется или регулируется грубыми шагами в соответствии с предполагаемой нагреваемой заготовкой, а не предоставляет пользователю полностью регулируемую настройку мощности.

5. Трансформатор согласования импеданса.

Мощность, подаваемая инвертором на рабочую катушку, может изменяться грубыми шагами с помощью силового ВЧ трансформатора с ответвлениями для преобразования импеданса. Хотя большая часть преимуществ конструкции LCLR заключается в отсутствии громоздкого и дорогостоящего ферритового силового трансформатора, она может учитывать большие изменения в параметрах системы, не зависящие от частоты. Ферритовый силовой трансформатор может также обеспечивать электрическую изоляцию, а также выполнять функцию преобразования импеданса для настройки пропускной способности.

Кроме того, если ферритовый силовой трансформатор расположен между выходом инвертора и входом в схему L-согласования, его конструктивные ограничения во многих отношениях ослабляются. Во-первых, размещение трансформатора в этом положении означает, что импедансы обеих обмоток относительно высоки. то есть напряжения высокие, а токи сравнительно небольшие. Для этих условий проще сконструировать обычный ферритовый силовой трансформатор. Большой циркулирующий ток в рабочей катушке не попадает в ферритовый трансформатор, что значительно снижает проблемы с охлаждением.Во-вторых, хотя трансформатор воспринимает прямоугольное выходное напряжение инвертора, по его обмоткам проходят токи синусоидальной формы. Отсутствие высокочастотных гармоник снижает нагрев трансформатора из-за скин-эффекта и эффекта близости проводников.

Наконец, конструкция трансформатора должна быть оптимизирована для обеспечения минимальной межобмоточной емкости и хорошей изоляции за счет увеличения индуктивности рассеяния. Причина этого в том, что любая индуктивность рассеяния трансформатора, расположенного в этом положении, просто добавляет к согласующей индуктивности на входе в L-образную схему.Следовательно, индуктивность рассеяния в трансформаторе не так вредна для рабочих характеристик, как межобмоточная емкость.

6. Управление фазовым сдвигом H-моста.

Когда рабочая катушка приводится в действие полномостовым (H-мостовым) инвертором с питанием по напряжению, существует еще один способ управления мощностью. Если моментом переключения обеих ветвей моста можно управлять независимо, это открывает возможность управления пропускной способностью за счет регулировки фазового сдвига между двумя ветвями моста.

Когда обе ветви моста переключаются точно по фазе, они обе выдают одинаковое напряжение. Это означает, что напряжение на рабочей катушке отсутствует, и ток не течет через рабочую катушку. И наоборот, когда оба плеча моста переключаются в противофазе, через рабочую катушку протекает максимальный ток и достигается максимальный нагрев. Уровни мощности от 0% до 100% могут быть достигнуты путем изменения фазового сдвига привода одной половины моста от 0 градусов до 180 градусов по сравнению с приводом другой ветви моста.

Этот метод очень эффективен, поскольку управление мощностью может быть достигнуто на стороне управления меньшей мощностью. Коэффициент мощности, наблюдаемый инвертором, всегда остается хорошим, потому что инвертор не отстроен от резонансной частоты рабочей катушки, поэтому протекание реактивного тока через свободные диоды сводится к минимуму.

Требования к конденсаторам, используемым в индукционном нагреве большой мощности, пожалуй, самые высокие из всех типов конденсаторов. Конденсаторная батарея, используемая в цепи резервуара индукционного нагревателя, должна пропускать полный ток, протекающий в рабочей катушке в течение продолжительных периодов времени. Этот ток обычно составляет многие сотни ампер при многих десятках или сотнях килогерц. Они также подвергаются повторному 100% -ному изменению напряжения на той же частоте. и посмотрите полное напряжение на рабочей катушке. Высокая рабочая частота вызывает значительные потери из-за нагрева диэлектрика и скин-эффекта в проводниках. Наконец, паразитная индуктивность должна быть сведена к абсолютному минимуму, чтобы конденсатор выглядел как элемент схемы с сосредоточенными параметрами по сравнению с достаточно низкой индуктивностью рабочей катушки, к которой он подключен.

Правильный выбор диэлектриков и использование расширенных методов изготовления фольги позволяют минимизировать количество выделяемого тепла и свести к минимуму эффективную последовательную индуктивность. Однако даже при использовании этих технологий конденсаторы индукционного нагрева по-прежнему демонстрируют значительное рассеивание мощности из-за огромных высокочастотных токов, которые они должны нести. Поэтому важным фактором в их конструкции является возможность эффективного отвода тепла из конденсатора для продления срока службы диэлектрика.

Следующие производители производят специальные компоненты:

High Energy Corp.(Дистрибьютором в Великобритании является AMS Technologies.)

Компоненты Vishay.

Силовые конденсаторы Celem. базируется в Израиле.

Диапазон мощных конденсаторов индукционного нагрева от High Energy Corp.

Слюдяные конденсаторы высокой мощности с кондуктивным охлаждением от Celem Power Capacitors. Celem
(изображения любезно предоставлены Стивом Коннером)

Обратите внимание на большую площадь поверхности соединительных пластин на компонентах Celem с кондуктивным охлаждением и номинальную реактивную мощность (KVAR), указанную на паспортной табличке.Изображенные выше силовые агрегаты в алюминиевых корпусах имеют соединения для шлангов водяного охлаждения для отвода тепла, выделяемого внутри.

Сеть LCLR представляет собой резонансную систему 3-го порядка, состоящую из двух катушек индуктивности, одного конденсатора и одного резистора. График Боде ниже показывает, как некоторые напряжения и токи в сети изменяются при изменении частоты привода. ЗЕЛЕНЫЕ дорожки представляют ток, проходящий через согласующую катушку индуктивности, и, следовательно, ток нагрузки, воспринимаемый инвертором.КРАСНЫЕ линии представляют собой напряжение на баке конденсатора, которое совпадает с напряжением на рабочей катушке индукционного нагрева. На верхнем графике показаны значения этих двух величин переменного тока, а на нижнем графике показана относительная фаза сигналов относительно выходного переменного напряжения инвертора.

Из амплитудной части графика Боде можно увидеть, что максимальное напряжение возникает на рабочей катушке (верхняя красная кривая) только на одной частоте. На этой частоте ток через рабочую катушку также максимален, и наибольший эффект нагрева проявляется на этой частоте. Можно видеть, что эта частота соответствует максимальному току нагрузки, потребляемому инвертором (верхняя зеленая кривая). Стоит отметить, что величина тока нагрузки инвертора имеет нулевое значение на частоте, лишь немного меньшей, чем та, которая дает максимальный нагрев. . Этот график показывает важность точной настройки для индукционного нагрева. Для системы с высокой добротностью эти две частоты очень близки друг к другу. Разница между максимальной и минимальной мощностью может составлять всего несколько килогерц.

На нижнем графике видно, что для частот ниже точки максимальной мощности напряжение рабочей катушки (зеленый) синфазно с выходным напряжением инвертора. По мере увеличения рабочей частоты фазовый угол напряжения рабочей катушки резко изменяется на 180 градусов (инверсия фазы) прямо в точке, где обрабатывается максимальная мощность. При этом фазовый угол напряжения рабочей катушки остается смещенным на 180 градусов от выходного напряжения инвертора для всех частот выше точки максимальной мощности.

На нижнем графике мы также можем видеть, что ток нагрузки от инвертора демонстрирует не одно, а два резких изменения фазы по мере постепенного увеличения рабочей частоты. Изначально ток нагрузки инвертора отстает от выходного напряжения инвертора на 90 градусов на низких частотах. Ток нагрузки резко изменяется на 180 градусов до опережения фазы 90 градусов, когда рабочая частота проходит через «нулевую частоту» сети. Инверторный ток остается опережающим на 90 градусов, пока не будет достигнута точка максимальной мощности, где он снова резко поворачивается на 180 градусов и снова возвращается к фазе запаздывания на 90 градусов.

Если учесть, что только ток на выходе инвертора, который синфазен с выходным напряжением, способствует передаче реальной мощности, мы можем видеть, что эти резкие переходы от -90 градусов до +90 градусов явно нуждаются в более подробном рассмотрении.

График Боде выше более подробно показывает интересующую область вокруг нулевой частоты и точки максимальной мощности. Он также показывает семейство кривых, отображающих поведение контура индукционного нагревателя с множеством различных деталей.Это позволяет нам понять, как сеть ведет себя с большой заготовкой с потерями, при отсутствии заготовки вообще и со всеми нагрузками между ними.

Из этих графиков мы можем сделать некоторые выводы для любой системы управления, которая должна отслеживать резонансную частоту расположения LCLR и контролировать пропускную способность мощности. Во-первых, когда нет заготовки, в цепи LCLR возникает на больше резонансных колебаний. Следовательно, ток, подаваемый от инвертора, должен быть уменьшен, чтобы предотвратить резкое увеличение токов рабочей катушки и резервуарного конденсатора при отсутствии каких-либо значительных потерь в системе.Во-вторых, ток нагрузки инвертора без нагрузки должен отслеживаться очень точно, если инвертор не должен видеть ни опережающий, ни запаздывающий ток нагрузки, потому что он так быстро нарастает на ноль градусов.

И наоборот, мы можем сказать, что с большой заготовкой с потерями будет меньше резонансного подъема, присущего схеме LCLR, и инвертор должен будет подавать больший ток нагрузки, чтобы достичь необходимого уровня тока в рабочей катушке. Однако управляющей электронике теперь не нужно так точно отслеживать резонансную частоту, поскольку уменьшенная добротность дает ток нагрузки, который смещает фазу более неторопливо.

Наконец, при рассмотрении стратегии автоматического управления для отслеживания резонансной частоты индукционного нагревателя LCLR следует рассмотреть ряд моментов, которые следует учитывать на графике выше. Для материалов заготовки с очень большими потерями (или больших объемов металла, которые приводят к значительным общим потерям) мы можем видеть, что фаза тока нагрузки инвертора (нижний зеленый график) иногда не может перейти через ноль градусов к опережающей фазе. Это означает, что ток нагрузки инвертора при больших нагрузках не может быть синфазным и всегда на определенную величину отстает.Кроме того, ток нагрузки инвертора не является монотонным при качании частоты. Поэтому прямая обратная связь от трансформатора тока (ТТ) на выходе инвертора не является жизнеспособным вариантом. Хотя может показаться, что он работает нормально без установленной детали или с умеренными нагревательными нагрузками, он не отслеживает правильно резонансную частоту и не сможет работать удовлетворительно при увеличении рабочей нагрузки и падении Q сети! (Прямая обратная связь от выходного тока инвертора с использованием трансформатора тока для формирования автономного генератора мощности приводит к конструкции, которая колеблется при низкой нагрузке, но выходит из автоколебания при увеличении рабочей нагрузки. )

Напротив, мы можем видеть, что фаза напряжения рабочей катушки (и напряжения конденсатора емкости) (нижний красный график) является монотонной с увеличением частоты. Кроме того, он постоянно проходит через точку запаздывания фазы -90 градусов точно на той частоте, которая дает максимальную мощность, независимо от того, насколько сильно загружена рабочая катушка. Эти два достоинства делают форму волны напряжения емкостного конденсатора отличной регулируемой переменной. В заключение, частота инвертора должна регулироваться таким образом, чтобы обеспечить постоянное запаздывание в 90 градусов между напряжением емкостного конденсатора и выходным напряжением инвертора для достижения максимальной пропускной способности. Теперь мы можем обозначить некоторые области интереса на диаграмме Боде ниже.

Белая вертикальная линия указывает частоту, при которой напряжение на баке конденсатора (а также напряжение рабочей катушки) отстает от выходного напряжения инвертора на 90 градусов. Это также точка, где максимальное напряжение развивается на рабочей катушке и через нее протекает максимальный ток. Белая линия — это то место, где вы хотите достичь максимально возможного теплового эффекта в заготовке. Если мы посмотрим на фазу тока нагрузки инвертора (нижний зеленый график), мы увидим, что она всегда находится в диапазоне от 0 градусов до -90 градусов, когда он пересекает белую линию, независимо от того, насколько резко или медленно он поворачивается.Это означает, что инвертор всегда видит ток нагрузки, который либо синфазен, либо, в худшем случае, немного отстает по коэффициенту мощности. Такая ситуация идеальна для поддержки мягкого переключения ZVS в инверторе и предотвращения проблем с обратным восстановлением свободного диода.

Справа от белой линии мы видим область, заштрихованную синим цветом, с надписью «Область индуктивной нагрузки». Когда рабочая частота увеличивается выше точки максимальной мощности, напряжение на рабочей катушке уменьшается, и в детали создается меньший эффект нагрева. Ток нагрузки инвертора также падает и начинает отставать по фазе относительно выходного напряжения инвертора. Эти свойства делают область, заштрихованную синим цветом, идеальным местом для работы с целью достижения контроля над мощностью индукционного нагрева. Путем отстройки частоты привода инвертора на сторону высокого значения точки максимальной мощности можно снизить пропускную способность, и инвертор всегда видит запаздывающий коэффициент мощности.

И наоборот, слева от белой линии у нас есть полоса частот, обозначенная как «Область емкостной нагрузки.«Поскольку рабочая частота снижается ниже точки максимальной мощности, напряжение рабочей катушки также падает и имеет место меньший эффект нагрева. Однако это сопровождается тем, что ток нагрузки инвертора, возможно, переходит в опережающий фазовый угол, когда потери в заготовке низкие. и высокий коэффициент Q. Это нежелательно для многих твердотельных инверторов, так как ведущий ток нагрузки вызывает потерю ZVS и приводит к принудительному обратному восстановлению безынерционных диодов, вызывая повышенные коммутационные потери и выбросы напряжения. Поэтому область емкостной нагрузки не рекомендуется для управления пропускной способностью.

Вертикальная фиолетовая линия отмечает другой конец области емкостной нагрузки, где ток нагрузки инвертора снова переходит в отстающий «индуктивный» ток нагрузки. Эта вторая индуктивная область не представляет особого интереса, поскольку она не обеспечивает значительную пропускную способность по мощности и в любом случае не может быть достигнута без прохождения через потенциально опасную область емкостной нагрузки. Когда сеть LCLR приводится в действие напряжением прямоугольного инвертора, существует также риск значительного протекания тока на гармонике частоты привода.Он отмечен на схеме здесь только для полноты картины.

Примечание: Фаза напряжения емкостного конденсатора была предложена в качестве регулирующей переменной и подробно обсуждалась на графиках выше. Это связано с тем, что это напряжение может быть легко измерено с помощью высокочастотного трансформатора напряжения и обеспечивает всю необходимую управляющую информацию. Несмотря на то, что он демонстрирует сдвиг фазы на 90 градусов относительно выходного напряжения инвертора (что на первый взгляд может показаться нежелательным), он по-прежнему является лучшей управляющей переменной, чем попытки измерить ток конденсатора емкости.Хотя ток резервуарного конденсатора синфазен с выходным сигналом инвертора, этот ток может составлять многие сотни ампер, что делает использование ферритовых трансформаторов тока с закрытым сердечником непрактичным. Кроме того, фазовый сдвиг на 90 градусов формы волны напряжения емкостного конденсатора означает, что его переходы через ноль намеренно смещены во времени в сторону от потенциально шумных моментов переключения инвертора. Этот фазовый сдвиг на -90 градусов сигнала обратной связи по напряжению может быть учтен в конструкции управляющей электроники и является небольшой платой за упрощенное считывание и повышенную помехоустойчивость.

# Добавить сюда отзыв про водяное охлаждение #

Это показывает форму выходного тока инвертора при возбуждении рабочей катушки LCLR близко к его резонансной частоте. Эта точка соответствует максимальной мощности и, следовательно, максимальному эффекту нагрева. Обратите внимание, что ток нагрузки инвертора представляет собой почти чистую синусоиду.

Здесь показана форма волны выходного тока инвертора при возбуждении рабочей катушки LCLR, значительно превышающей ее собственную резонансную частоту. Эта рабочая точка снижает мощность и тепловой эффект. На частотах выше собственной резонансной частоты рабочей катушки LCLR преобладает индуктивное сопротивление согласующей цепи, и ток нагрузки инвертора отстает от приложенного напряжения.Обратите внимание на треугольный ток нагрузки, вызванный индуктивной нагрузкой, интегрирующей выходное прямоугольное напряжение инвертора с течением времени.

Показывает напряжение на рабочей катушке при нормальной работе при приближении к резонансу. Обратите внимание, что форма волны напряжения представляет собой чистую синусоиду. Это также верно для формы волны тока и сводит к минимуму гармоническое излучение и радиочастотные помехи. В этом случае напряжение на рабочей катушке также выше, чем напряжение шины постоянного тока, подаваемое на инвертор.Оба эти свойства объясняются высокой добротностью контура индукционного нагревателя.

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он неправильно настроен на частоту ниже собственной резонансной частоты рабочей катушки. Обратите внимание на очень быстрое время нарастания и спада прямоугольной волны, сопровождающееся чрезмерным выбросом напряжения и звоном. Все это связано с принудительным обратным восстановлением корпусных диодов полевого МОП-транзистора при сохранении этого нежелательного режима работы.(Выбросы и звонки возникают из-за всплесков тока обратного восстановления, вызывающих ударную паразитную индуктивность в схеме инвертора, превращающуюся в паразитные колебания.)

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он настроен немного выше собственной резонансной частоты рабочей катушки. Обратите внимание на то, что времена нарастания и спада прямоугольной волны более контролируемы, а выбросы или звонки сравнительно небольшие. Это связано с переключением нулевого напряжения (ZVS), которое происходит, когда инвертор работает в этом благоприятном рабочем режиме.

Показывает выходное напряжение инвертора, когда он точно настроен на резонансную частоту рабочей катушки. Хотя в этой ситуации действительно достигается максимальная пропускная способность, она не совсем обеспечивает переключение при нулевом напряжении полевых МОП-транзисторов. Обратите внимание на маленькие выемки на фронтах нарастания и спада сигнала напряжения. Это происходит из-за того, что средняя точка опоры моста не была полностью переключена на противоположную шину питания в течение мертвого времени перед включением следующего полевого МОП-транзистора.На практике небольшое индуктивное реактивное сопротивление инвертора помогает обеспечить требуемый коммутирующий ток и достичь ZVS. По этой причине ситуация, описанная для предыдущей фотографии, предпочтительнее точной настройки.

Вернуться на главную

Индукционный нагрев — блог Mohan’s electronics

Индукционный нагрев — это нагрев электропроводящего материала с использованием энергии от Электромагнитного излучения . Процесс электромагнитной индукции создает в проводнике вихревых токов ( ток Фуко, ), и в результате этого процесса сопротивление вызывает нагрев проводящего материала из-за нагрева Джоулей. Индукционная готовка — это модель Беспламенная готовка , в которой используется ферромагнитное свойство некоторых металлов и электромагнитная индукция.


Индукционный нагреватель имеет электромагнит , через который проходит высокочастотный переменный ток .Используемая частота переменного тока зависит от многих факторов, включая материал и размер проводника и соединение рабочей катушки и проводника. Частота сети 50 Гц или 60 Гц используется во многих практических приложениях, включая индукционную плиту . Проводники из железа и сплавов хорошо реагируют на индукционный нагрев благодаря ферромагнитным свойствам.

При индукционном приготовлении тепло выделяется непосредственно в кастрюле, а не в других частях плиты.Но кастрюля должна быть ферромагнитной, такой как железная или стальная.

Индукционная плита имеет большую круглую катушку , состоящую из обмоток из эмалированной меди , размещенную под местом для кастрюли. Когда переменный ток определенной частоты проходит через катушку, возникает осциллирующее магнитное поле , которое наводит электрический ток в материал емкости. Когда этот Вихревой ток ( Не шокирующий ) проходит через материал горшка, в молекулах (, не путайте, молекулы материала горшка) возникает трение, и тепло.Это тепло передается воде для кипячения содержимого кастрюли.

Индукционная катушка

Вид изнутри

Конструкция индукционной плиты очень проста, внутри нет громоздких деталей. Помимо большой круглой катушки, он содержит печатную плату на базе микропроцессора для управления различными функциями и регулирования частоты переменного тока, проходящего через катушку, и охлаждающего вентилятора. Внутри ничего кроме этих деталей нет.

Как становится работоспособным?
Индукционная готовка энергоэффективна и быстрее, чем обычная готовка на пламени или нагреватель. Одной из важных особенностей индукционного приготовления пищи является то, что уровень энергии и использование мощности можно контролировать в зависимости от использования, и нет потерь электроэнергии, как в змеевиках. Другой привлекательной особенностью является отсутствие опасности поражения электрическим током или ожогов, поскольку индукционный нагрев происходит в самой кастрюле.От контакта с кастрюлей нагревается только поверхность варочной поверхности. Воздух вокруг индукционного нагревателя не нагревается, что еще больше увеличивает энергоэффективность устройства.
Эффективная индукционная варка имеет место, если используются стальные емкости из-за ее магнитных свойств, и сталь концентрирует все индуцированные токи на поверхности, так что эффект нагрева становится сильнее. Алюминий и другие немагнитные материалы не подходят для индукционной варки, так как индуцированное магнитное поле проникает глубоко в материал, создавая лишь небольшое сопротивление.

Индукционная плита имеет множество систем контроля для эффективного функционирования. Он может определить, есть ли над ним ферромагнитный горшок, измерив тепло. Он также может определить, есть ли в горшке какое-либо содержимое (вода или еда). Он также отключается, если какое-либо из этих условий не выполняется. Это предотвращает опасные результаты, как при приготовлении пищи на газе или обогревателе.

Некоторые важные особенности индукционного приготовления:

1. Тепловой КПД — максимальное тепловыделение при малом токе.
2. Постоянство тепла — Тепловыделение равномерное и постоянное в течение всего периода.
3. Меньше времени — Продолжительность приготовления составляет половину или меньше половины времени приготовления на газе. Но время зависит от количества и типа еды. Сушка при перемешивании происходит быстрее, чем при кипячении.
4 . Безопаснее — Безопаснее, так как нет открытого огня или горячих сковород.
5. Clean — Горшки легко чистить, так как в них не накапливается дым, а поверхность посуды ровная.
6. Без удара — Имеется полная изоляция поверхности нагрева и внутренней электрической цепи. Между нижним змеевиком и варочной поверхностью есть воздушный зазор.
7. Холодная варочная поверхность — Варочная поверхность (место для размещения кастрюли) имеет плохой проводник тепла, поэтому тепло не будет передаваться от кастрюли к поверхности. После снятия кастрюли к варочной поверхности можно легко дотронуться.
8. Легкий вес — Портативный и простой в обращении.
9. Потребляемая мощность — Зависит от потребляемой мощности и продолжительности приготовления. В любом случае, это экономически выгоднее, чем приготовление пищи на газе или обогревателе.
10 . Некоторые помехи. — Радиочастотные инструменты, кардиостимуляторы и т. Д. Могут работать неустойчиво возле индукционной плиты из-за сильного магнитного поля.

Кухонная посуда
При приготовлении пищи на индукционной плите наибольшее значение имеет посуда. Не все сосуды или кастрюли могут быть использованы, поскольку для индукционного приготовления требуется магнитная индукция.
1. Лучше всего подойдут горшки из черного металла или железа.
2. Если используется горшок из нержавеющей стали, он должен относиться к категории ферромагнитных.

Потребление тока

Многие из нас сомневаются, что индукционный нагрев потребляет много тока. Ознакомьтесь с некоторыми фактами о текущем потреблении.

В Катушечный нагреватель большая часть тока теряется, и эффективность снижается до 20-40%. Но в Индукционный нагрев потери энергии очень низкие, а эффективность составляет 80-90%. Сравнение можно

1. В нагревателе Coil, катушка потребляет большой ток (зависит от размера, длины, сопротивления катушки и т. Д.) Для нагрева. В индукционном нагревателе ток регулируется через катушку микроконтроллером.
2. Тепловые потери происходят в змеевике через воздушное пространство между змеевиком и поддоном. В индукционном нагревателе материал емкости нагревается, и происходит эффективная передача энергии через внутреннюю поверхность емкости.
3. Когда входное напряжение переменного тока падает, змеевиковый нагреватель потребляет большой ток и требует много времени для приготовления, но при индукционном нагреве напряжение регулируется, а потребление тока равномерное. Причем на приготовление уходит половина меньше половины времени.
4. Мощность змеевика фиксирована (1000–3000 Вт), поэтому потребляемая мощность одинакова независимо от количества готовящейся пищи. Но в индукционном нагревателе мощность можно регулировать от 200 Вт до 1800 Вт в зависимости от типа приготовления, например, горячего горшка или жарки.

Некоторые сведения о потреблении электроэнергии в домашних условиях

Внутренний источник питания: 230 В 50 кГц или 110 В 60 Гц .Внутреннее потребление тока зависит от мощности используемого прибора. Потребление тока рассчитывается по формуле

Счет за электроэнергию основан на использовании тока бытовыми приборами.Если змеевик мощностью мощностью 1000 Вт используется в течение одного часа, используется 1 единица тока . Потребление тока рассчитывается по формуле