Серия статей про индукционные плитки, часть I, вводная. Часть первая посвящена общим принципам и условиям работы индукционных плит, какая посуда нужна и почему.
Купил я вот такую, самую дешевую индукционную плитку , называется она "Home Star HS-1101"
Стоимость 1700 рублей в Ашане это одна из самых низких цен, даже по сравнению с сетевыми магазинами.
И да конечно у нее нет дисплея, что за токую цену абсолютно естественно, но обзор будет во второй части, а сейчас общие принципы.
Нужно сказать, что это не первая моя индукционная плита. Одна уже стоит на даче и служит там верой и правдой. Цель покупки этой плитки разобрать ее, понять как она работает и поставить ее работать на самогонный аппарат, который вместе с этой плиткой будет автоматизирован. Но для этого нужно сначала разобраться с теорией, а уже затем переходит к практике. Мы начнем с самого, самого начала, с азов и определений (статья получается большой поэтому разделил ее на несколько частей) Поехали!
Индукционные варочные панели что и зачем.
Сначала готовили на костре.
Затем появились дровяные печи которые в нашей стране и по сей день очень распространены.
Затем пришел торф и уголь и почти сразу, вслед за ними, газ.
А затем пришло электричество появилась электрически плиты, потом галогеновые, инфракрасные, А затем высокотехнологичные микроволновки и индукционные плиты.
Индукционные варочные панели – тип кухонной электрической бытовой техники в которой нагрев происходит с использованием индукции, при этом нагревается сама посуда, а еще вернее ее дно которое находится в непосредственной близости от обмоток трансформатора.
Это новый тип кухонной техники, которая позволяет экономить электроэнергию. Так КПД нагрева индукционной плитки воды до кипения 90%. Для сравнения, КПД нагрева на газовой конфорке составляет 60%, на стеклокерамике — 50%). За счет того, что используется только электричество становится возможным автоматизировать процесс приготовления пищи.
Плюсы и минусы индукционных плит
Плюсы индукционных плит:
- Экономичность.
- Высокая скорость нагрева посуды, а затем и их содержимого.
- Безопасность в связи с малым нагревом поверхности.
- Простой уход. Хорошо чистятся так как поверхность это кусок стекла.
- Автоматизация работы.
Минусы индукционных плит:
- Не вся посуда подходит.
- Цена. Чуть, а иногда и значительно выше классических электрических собратьев.
- Хрупкость стеклокерамических поверхностей.
- Сложная техника, а значит дорогой ремонт. Плита сложнее классических электрических плит, там не спираль, а вот все это.
Особенности инверторных панелей
Большинство индукционных варочных панелей оснащается сенсорным управлением.
У некоторых есть дисплей с температурой и таймером. Большинство моделей распознают есть ли подходящая посуда на плите, способны отключиться при закипании воды и поддерживать нужную температуру. В некоторых моделях предусмотрена блокировка кнопок от случайных нажатий и автоматическое отключение панели при выплескивании жидкости. Так как рабочая поверхность мало нагревается, то к ней не пристают капли жира, масла и так далее это значительно облегчает уход за ней.
История
Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. А в 1900 году , всего то через 70 лет, происходит первая успешная выплавка металла посредством индукционного разогрева и этот метод начинает победно шествовать в промышленности, про него не забывают, он только развивается и модернизируется и благополучно доживает до наших дней. И даже появляется в виде наборов для сборки (development kit), например на AliExpress: "Индуктивная нагревательная плата горячая". В быту, в кухонном деле и деле приготовление пищи все происходит по другому, с периодами забвения и интереса, но обо всем по порядку. В 1933 году миру впервые была продемонстрирована технология приготовления на индукционной поверхности. И была забыта. Вспомнили о новых технологиях уже после войны, в 50-х годах. В Америке компания Frigidaire, подразделение General Motors и в Европе немецкая компания Neff в 1957 году. И потом опять забыли, слишком дорого! И опять вспомнили в США в начале 1970-х годов, уже появился и победно шествует транзистор. Но, опять забыли, опять дорого! И окончательно вспомнили в 90-х, с этого момента стоимость электронных компонентов падает во всем мире, а затем Китай берет дело в свои руки. И вот в России варочные панели появляются в 2000 годах и уже никуда не деваются, а гордо шествуют по миру.
Принцип работы
Майкл Фарадей и Джоуль — Ленц как Карл Маркс и Фридрих Энгельс, но только в мире физики.
В основе работы лежит два принципа.
Первый это принцип электромагнитной индукции, да, да опять этот принцип. И опять тут вылезает теплый "ламповый", стимпанковский Майкл Фарадей из 1831 года. Напомню, электромагнитная индукция это возникновение электрического тока при изменении магнитного поля, ну и наоборот, там где магнитное поле всегда есть электрическое, поэтому оно называется электромагнитным.
Второй принцип, это закон Джоуля — Ленца. В 1841 году Джеймс Джоуль и независимо от него Эмиль Ленц сформулировал количественную оценку теплового действия электрического тока. Если попытается вникнуть в этот закон то нужно вспомнить помимо всего прочего и о температуре, а температура это по сути эквивалент скорости движение частиц ,чем быстрее двигаются эти самые частицы атомы, молекулы, электроны и так далее тем больше температура. Таким образом скорость движение частиц прямо пропорционально температуре. Температура представляет из себя простейший мостик из микромира в наш макромир. Чем больше мы пихаем частиц и (или) сильнее их разгоняем и (или) сопротивляемся их движению (до определённого предела) тем сильнее нагревается проводник. Все мы с ними сталкивались, рассчитывая сечение проводов, или добавляя нихромовую спираль в обогреватель, или ставя предохранитель. Применительно к индукционному нагреву наша плита формирует токи повышенной частоты заставляя бегать электроны туда сюда. Это напоминает переменны ток, только там частота 50 Гц. А в данном случае частоты в тысячи раз больше и равны 20-100 кГц в индукционных кухонных плитках, а в промышленных установках плавки металлов доходят и до 5Мгц , Вот таким образом мы заставляем колебаться электроны посредством магнитного поля то в одну, то в другую сторону тем самым повышая температуру. Нижняя частота 20 кГц выбрана потому как люди более высокие частоты просто не слышат, а ниже частота может быть не комфортна и на подсознательном уровне воспринимается, вызывая дискомфорт и различные неприятные состояния. Верхний предел выбран из-за технических сложностей, чем выше частота тем труднее ее получить для этого нужно использовать специфические материалы и не только электронные. Нужно сказать что вихревые токи возникающие в толще проводника получили название "токи Фуко" это частный случай индукционных токов, возникающих в проводах и вторичных обмотках электрических трансформаторов.
Скин-эффект
Помимо всего выше описанного накладываются еще один эффект который особенно выражен при высоких частотах он получил название "скин-эффект". И все из-за этих самых токов Фуко которые возникают в любом проводнике и дело в том, что у поверхности они направлены по ходу движения тока, а в глубине проводника - против движения. Поэтому току становится легче (меньше сопротивление) течь по поверхности проводника, а не в его глубине.
Именно "вредный" скин-эффект заставляет набирать магнитопровод трансформатора из отдельных листов, это те самые буквы "E" которые валялись на каждом углу в детстве (сейчас исчезли, видимо все перешли на ферриты). В нашем же случае, скин-эффект обращен на пользу, благодаря ему в высокочастотном магнитном поле скин слой тонкий (см. ниже), а сопротивление остальной толщи проводника высоко, это приводит к повышенному выделению тепла и хорошему КПД.
Какая же величина этого самого поверхностного слоя? Так для меди на частоте 50 Гц (частота переменного тока) это 9,34 мм. На частотах:
- 20 кГц толщина поверхностного слоя 0,47 мм
- 100 кГц толщина поверхностного слоя 0,21 мм
Отсюда вытекают определенные требования к посуде
Требования к посуде
Для инверторных плит подходят только специальные кастрюли и сковороды.
Давайте разберемся какие специальные и вообще зачем и почему. В интернете везде написано о том, что материал посуды для индукционного нагрева принципиально должен магнитится т. е. обладать ферромагнитными свойствами. Это так и не так. Разбираемся! Ферромагнетики это вещества которые имеют макроскопическое магнитное поле, которые являются магнитами или могут быть намагничены. Дальше мы будем рассуждать о железе и только о нем так как посуда для индукционных плит изготавливается именно из железа (ну возможны добавки, но основной материал это Fe) В железе магнитные поля атомов оказываются однонаправленными и усиливают друг друга, благодаря чему возникает макроскопическое магнитное поле за пределами материла. На самом деле, речь идет да же не о отдельных атомах, а о их группе или области - домене. И вот такой участок из тысячи и десятков тысяч атомов оказывается однонаправленно намагничен.
Оказывается, что у ферромагнетиков, например стали, скин-слой очень тонкий, а значит, их сопротивление, возникающее при действие переменянного тока высокой частоты выше и выделение тепла тоже выше, а значит КПД системы высокий.
Поэтому посуду для индукционных печей можно как правило проверять магнитом. Но есть и та которая не магнитится, ну например, чугунная посуда. Эмалированная посуда так же подходит для индукционных плит, так как это тоже железо - сталь, окруженная диэлектриком - эмалью. На самом деле подойдет любая посуда у которой стальное, железное дно. Из чего сделаны стенки посуды и крышка для индукционных плит не важно. Дно должно быть как можно ровнее, что бы быть как можно ближе к катушке трансформатора. Не подойдет посуда из алюминия, меди, латуни. и понятно, что не подойдет стекло. На самом деле все производители маркируют посуду вот таким значком.
При выборе посуды ориентируйтесь на этот значок, им маркируют посуду все адекватные производители, а не адекватные... Зачем Вам их посуда! Если по каким то причинам значка нет, идите от обратного, всё что магнитится - годится для индукционных плит, а все, что не магнитится - либо производитель должен уведомить, либо экспериментально, но скорее всего не заработает.
Современные индукционные плиты автоматически распознают пригодную посуду и только в этом случае включаются.
В продаже имеются стальные диски, которые и нагреваются от возникающего индукционного поля и позволяют использовать посуду, которая сама по себе для таких плит не подходит. Но это плохая затея! Так как, по сути все преимущество индукционной плиты теряется, а КПД будет равняется обычным электрическим плитам.
Устройство плиты, общие принципы
Индукционная плита состоит из нескольких логических блоков:
- Электроника управления
Делится на две части:
1) Электроника пользовательского интерфейса
Это электроника взаимодействия с человеком, сюда входят светодиоды подсветки, кнопки, иногда дисплей и микроконтроллер пользовательского интерфейса
2) Управляющая электроника
Которое управляет непосредственно катушкой, сюда так же входит генератор переменного тока высокой частоты.
- Источники питания
Состоит из двух частей:
- Высокое напряжение для питания индукционной катушки.
- Низкое напряжение для питания электроники управления.
- Устройство передачи энергии
Представляет из себя трансформатор. В самой плитке находится катушка. Катушка, являющаяся первичной обмоткой, выглядит как проводник из меди, уложенный спиралью из провода литцендрат, это многожильный провод который используется для уменьшения скин-эффекта. Внизу находятся ферриты, а катушка с ферритами образует ферромагнитный комплекс. Вторичной обмотки нет, вернее она появляется когда вы ставите на варочную поверхность посуду, это ее дно, в которой при воздействии переменного магнитного поля возникают такие-же токи, как в катушке и благодаря этому возникает сильный нагрев металла.
- Датчиков
В простейшем случае обязателен по крайне мере датчик температуры.
Коды ошибок
Индукционные плиты это высокотехнологичный продукт, режимами работы которой управляет микропроцессор. Микропроцессор воспринимает сигналы с датчиков и управляет плитой. При неисправностях он может выдавать коды ошибок на встроенный дисплей при его наличии. Разные производители зашифровали различные коды, характерные для каждой модели, обычно это буквы "E" или "F", или их комбинации с цифрой кодом ошибки. Сам код можно найти в интернете.
Ну вот на сегодня все, в следующей статье мы разберем саму настольную индукционную плитку и посмотрим как все выше описанное выглядит в реальности, поэтому, как всегда...
Продолжение следует...
Подписывайтесь на мой канал TehnoZet-2, там много интересного! Мы только развиваемся! Понравилась статья, хотите продолжения - ставьте лайк, жмите палец вверх!
Пользуйтесь рубрикатором по каналу, там все по разделам: "Страничка путеводитель по каналу TehnoZet-2"
Это статья из раздела Tehnozet-2 на даче/деревне: "Страница рубрикатор по теме Tehnozet-2 на даче/деревне"
Тэги
#чтотамвнутри
#впоискахнеонки
#покушаем
#Жратьпить
#мастерломастер