Понятие о новых электрофизических методах нагрева. Индукционные плиты.

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

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. 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.

Индукционная плита — одна из разновидностей кухонных печей, принцип работы которой заключается в нагреве посуды индуцированными вихревыми токами. Последние создаются, благодаря действию электромагнитного поля частотой от 20 до 100 кГц. Индукционная плита состоит из кожуха, управляющей платы, датчика температуры, силовой части, схемы ее управления, а также импульсного регулятора. Печи индукционного типа различаются по конструктивным особенностям, габаритам, типу встраивания в мебель, а также по набору нагревательных элементов.
Индукционная плита имеет ряд достоинств, которые выгодно отличают ее от конкурентов. Из основных: Максимальный КПД, обусловленный началом нагрева посуды сразу после включения, а это экономит электричество; Надежная защита от «неправильной» посуды. Конфорка не включится, если на плите оказалась сковорода или кастрюля с не магнитным днищем; Автоматическое отключение при снятии посуды; Удерживание заданной температуры на определенном уровне. Это обусловлено тем, что на контролирующий датчик не воздействует высокая температура металлических изделий; Стабильная мощность, которая не зависит от напряжения бытовой сети; Широкий выбор программ, что позволяет готовить блюда различной сложности; Прогрев индукционной поверхности производится только от посуды, поэтому вероятность получения ожогов предельно низка; Отсутствие неприятных запахов; Легкость обслуживания. Большинство современных моделей имеет стеклянную поверхность, обработка которой не составляет труда.Снаружи посуда не пригорает из-за отсутствия действия открытого огня и горячих поверхностей.
Из недостатков стоит выделить большую мощностью, что создает дополнительную нагрузку на проводку, наличие электромагнитного излучения и возможность применения только специальной посуды. Кроме того, если одновременно включить все конфорки, они не будут выдавать полную мощность.
Индукционные плиты выгодно отличаются от иных типов печек (газовых и электрических). Стоит выделить ряд моментов: КПД печей индукционного типа достигает 90%. Для сравнения в газовых плитах этот показатель всего 30-60%, а в электрических — не более 70%; Высокая скорость нагрева (устройства с ТЭНами или газовыми конфорками этой особенностью похвастаться не могут); Эффективность. После снятия посуды рабочую зону не нужно отключать вручную — это происходит автоматически. В электрических или газовых плитках горелка продолжает работать, что приводит к перерасходу газа и электричества. В летний период это особенно важно, ведь имеет место дополнительный нагрев воздуха, что усложняет процесс кондиционирования (охлаждения) помещения; Точная регулировка температуры. На печках с ТЭНами или работающих на газе регулирование температуры происходит «на глаз». В случае с индукционными плитами можно поддерживать один и тот же параметр в течение всего времени приготовления пищи; Безопасность. Если человек случайно перепутает посуду и поставит изделие с магнитным дном, конфорка не сработает. В ином случае это привело бы к повреждению дорогостоящего изделия и вреду для здоровья. Для активации конфорки посуда должна максимально покрывать ее площадь. Важно, чтобы днище кастрюли или другой емкости закрывало рабочую поверхность на 50% и более; Множество дополнительных функций, чем не могут похвастаться классические газовые или электрические плиты.
Индукционная плита по принципу работы похожа на трансформатор. Под стеклокерамической поверхностью устройства находится катушка индукционного типа, под которой протекает ток частотой от 20 до 100 кГц. Роль первичной обмотки играет индукционная катушка, а вторичной — посуда, установленная на конфорку. Как только изделие становится на рабочую поверхность, появляются индукционные токи, нагревающие сковородки, кастрюли и прочие изделия для приготовления пищи. Что касается стеклокерамической поверхности плиты, она также прогревается, но от посуды, а не от рабочей зоны.
Принцип работы индукционной плиты построен таким образом, что поверхность возле зоны нагрева остается холодной, а это снижает риск получения ожога.