Как работают современные индукционные плиты

Индукционная варочная панельПовальное увлечение приготовлением пищи на основе индукции вызывает много шума, несмотря на то, что технология существует уже около века. Индукционная варочная панель пользуется большой популярностью как в быту, так и в коммерческих целях. Они считаются одними из передовых технологических инноваций в области кулинарии. Индукционные варочные панели — относительно новое явление для многих регионов нашей страны. Ожидается, что рынок индукционных варочных панелей в будущем будет расти быстрыми темпами.

Индукционная готовка — это тип электрического приготовления, в котором для нагрева посуды используются магнитные катушки. Прелесть индукционного приготовления в том, что сама варочная поверхность остается холодной, в то время как внутри посуды выделяется тепло. Приготовление с помощью индукционной варочной панели происходит быстро и с высокой энергоэффективностью по сравнению с другими традиционными методами; Кроме того, отсутствие открытого огня делает ее более безопасной.

Как работают индукционные варочные панели?

Индукционная готовка — это процесс выработки тепла непосредственно в ферромагнитной посуде / кастрюле / посуде с помощью электромагнитной индукции, с последующим образованием вихревых токов. Принцип электромагнитной индукции был открыт еще в 1831 году Майклом Фарадеем. Электромагнитная индукция — это явление, при котором электрический ток генерируется в замкнутой цепи из-за колебаний тока в другой цепи, расположенной рядом с ней.

Ферромагнитную посуду следует ставить только на индукционную плиту. Под керамической или стеклянной поверхностью находится резонансная катушка, как показано на картинке ниже. Индукционную варочную панель и посуду можно рассматривать как трансформатор, в котором посуда действует как закороченная вторичная обмотка (нагрузка). Через резонансную катушку проходит переменный ток, что приводит к генерации колеблющегося магнитного поля. Магнитное поле индуцирует электрические токи внутри посуды.

Индукционная варочная панель работает только с посудой, изготовленной из определенных материалов, обладающих определенными свойствами. Чтобы посуда могла нагреваться с помощью магнитного поля, она должна быть изготовлена ​​из ферромагнитного материала, например из нержавеющей стали или железа.

Принцип работы индукционной варочной панели
Принцип работы индукционной варочной панели

Преимущество индукционного приготовления

«Нет посуды, нет потери энергии» — индукционная варочная панель потребляет электроэнергию, пока посуда находится на ней. В отличие от газовой или электрической плиты, индукционная варочная панель не способна вырабатывать тепло самостоятельно. В случае, если индукционная плита работает, когда на ней нет посуды или посуда снята во время работы индукционной плиты, резонансная катушка видит, что нет нагрузки (разомкнутая цепь) и передачи энергии не будет. В случае отсутствия посуды индукционная варочная панель переходит в спящий режим, чтобы иметь минимальное энергопотребление в режиме ожидания, т.е. <1 Вт.

Почему и какая топология резонансного преобразования мощности используется для индукционной варки?

Обычно полупроводниковые приборы используются в качестве переключающего элемента в различных преобразователях мощности.  используется В индукционных схемах используется биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Для преобразования мощности методы «мягкого переключения» предпочтительнее «жесткого переключения» для того, чтобы иметь минимальные потери переключения. При мягком переключении напряжение или ток регулируются до нуля на резонансном переключателе в момент переключения. Мягкое переключение можно разделить на два метода: переключение при нулевом напряжении (ZVS) и переключение при нулевом токе (ZCS).

Жесткое и мягкое переключение
Жесткое переключение против мягкого переключения

У методов переключения ZVS и ZCS есть свои плюсы и минусы, а также вариант использования зависит от самого использования. Напряжение или ток, подаваемые в схему переключения, можно обнулить с помощью резонанса, создаваемого резонансным контуром LC. Такой вид преобразователя известен как топология «резонансного преобразователя». В индукционной варочной панели используются две основные топологии резонансного преобразования мощности:

  • Квазирезонансный преобразователь,
  • Полумостовой резонансный преобразователь.
Сравнение преобразователей
Сравнение квазирезонансного и полумостового резонансного преобразователя

Алгоритмы управления

Индукционная варочная панель работает по принципу LC-резонансного преобразователя. Резонансная частота зависит не только от резонансного контура резервуара, но также от размера и материала посуды / кухонных принадлежностей. Это заставляет схему иметь колеблющуюся резонансную частоту. Для управления подачей питания, то есть (передаваемой на посуду / посуду) входное сетевое напряжение и ток через IGBT контролируются микроконтроллером.

Индукционная плита на основе квазирезонансной топологии

Квазирезонансная индукционная система варочных панелей мощностью 1,8 кВт была разработана с использованием полевых транзисторов IGBT серии STGWT20IH125DF — 1250V, 20A IH и 8-разрядного микроконтроллера STM8S003F3 — линейки значений от STMicroelectronics. Готовность к производству — это уровень зрелости. В систему встроен комплексный механизм безопасности для защиты от скачков напряжения и нестандартной посуды. Блок-схема разработанной системы показана на картинках ниже.

Блок-схема - квазирезонансная
Блок-схема — квазирезонансной индукционной варочной панели
Квазирезонансная индукционная варочная панель
Квазирезонансная индукционная варочная панель — 1800 Вт

Индукционная плита на основе полумостовой топологии

Плата полумостовой индукционной варочной панели мощностью «3,5 кВт» была разработана с использованием STGW40H65DFB — серии HB 650 В, полевого транзистора IGBT, драйвером высокого и низкого напряжения L6491 на 4 А и STM32F072– 32 -битного MCU от STMicroelectronics. В систему встроен комплексный механизм безопасности для защиты от скачков напряжения и нестандартной посуды . Блок-схема разработанной системы показана на картинках ниже.

Блок-схема - полумостовой варочной панели
Блок-схема — полумостовой индукционной резонансной варочной панели
Индукционная варочная панель с полумостом
Индукционная варочная панель с полумостом — 3500 Вт
Сравнение характеристик
Сравнение характеристик разработанной квазирезонансной и полумостовой резонансной индукционной системы

Вывод

Индукционное приготовление пищи — многообещающая технология для тех, кто ищет экологичности на кухнях, в ресторанах отелей, и, безусловно, лучший выбор по сравнению со стандартным электричеством или по расходам и выбросам углекислого газа при установке газовых плит.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий