индукционная плита при каком напряжении работает
Особенности регулировки мощности в индукционных варочных поверхностях
Содержание
Содержание
Индукционные варочные панели прочно вошли в нашу жизнь и «прописались» на кухнях. За счет скорости работы они существенно экономят время, просты в уходе и довольно безопасны. В отличие от обычных чугунных конфорок, индукционные панели быстро меняют мощность приготовления и «гибки» в настройке ее величины. В материале рассмотрим способы регулирования мощности, какими они бывают и чем отличаются друг от друга.
Система питания индукционной варочной поверхности
В этой статье мы рассматривали, что такое индукционная варочная панель, как она устроена и как работает. Теперь мы сместим фокус внимания в сторону регулирования мощности индукционной плиты.
Ни для кого не секрет, что режимы готовки могут меняться на разных этапах приготовления блюда. Например, максимальная мощность конфорки задействуется для обжарки мяса или быстрого кипячения воды, а минимальная мощность используется при тушении или томлении продуктов.
В отличие от классических конфорок, в которых мощность регулируется путем изменения силы тока, протекающего по их обмоткам, система питания индукционной панели устроена иначе. Главную скрипку в ней играет инвертор, который преобразует предварительно выпрямленное напряжение обратно в переменное, но со значительно большей тактовой частотой. Как правило, рабочая частота индукционной катушки находится в диапазоне 20–120 кГц.
Методы регулирования мощности
Изменение частоты магнитного поля
Металлическая посуда, помещенная в переменное магнитное поле, провоцирует возникновение в ней вихревых токов, обеспечивающих нагрев дна. Чем выше частота магнитного поля, тем большие токи индуцируются в толще материала посуды, и, следовательно, в конечном итоге можно получить больший нагрев ее поверхности.
Из этого вытекает первый метод регулирования мощности индукционной плиты, именуемый методом изменения частоты магнитного поля.
Мощность регулируется путем изменения частоты питающего напряжения индукционной катушки.
Принципиальная схема инвертора напряжения представлена на рисунке.
Переменное напряжение получают путем попарного открытия транзисторов VT1-VT4 и VT2-VT3 с нужной частотой.
Недостатком такого способа регулирования является использование управляющей платы, открывающей пары ключей с нужной частотой. Она значительно увеличивает стоимость варочной поверхности. Тем не менее, такой метод считается наиболее удобным, поскольку только он обеспечивает плавное регулирование мощности и поддержание заданной температуры, но об этом поговорим чуть позже.
Циклическое регулирование мощности
Более бюджетный вариант регулирования мощности индукционной плиты — использование инвертора без регулировки частоты. Т. е. катушка конфорки всегда работает с напряжением фиксированной частоты и индуцирует магнитное поле неизменной частоты. Как правило, частота напряжения устанавливается такой, чтобы получить на катушке максимально возможную мощность.
В случае, когда полная мощность не нужна, питающее напряжение на катушку подается импульсами, попеременно чередуя моменты включения индуктора на полную мощность и паузы в его работе. Т. е. если в пределах одного цикла время работы и время простоя индукционной катушки равны, то «снятая» с нее мощность будет составлять 50 % от максимальной.
Такой метод регулирования мощности называется циклическим. Индуктор всегда включается на полную мощность в течение строго определенных временных интервалов.
Определить индукционную панель с циклическим регулированием мощности довольно просто. При работе конфорок на малых мощностях отчетливо слышны щелчки срабатывания силового реле, подающего напряжение в цепи питания индуктора.
Циклический метод — самый простой в реализации и бюджетный, поэтому его повсеместно применяют в моделях среднего и бюджетного ценовых сегментов. Однако циклический режим таит массу неудобств при готовке, особенно при работе на малой мощности. Ни о каком равномерном тушении или томлении блюд говорить не приходится. Особенно хорошо заметен этот эффект при приготовлении небольших порций продуктов. В момент включения индукционной катушки они быстро вскипают, а затем, в моменты простоя индуктора, продукты просто остывают в посуде. Поскольку паузы между включениями инвертора достаточно малы, то по факту получается, что к продуктам прилагается избыточная мощность, что кардинально меняет технологию приготовления блюда.
К примеру, чтобы испечь блины на сковороде с тонким дном или растопить шоколад без использования водяной бани, кулинару придется сильно постараться. Тесто для блинов то будет длительное время находиться в покое, то в одночасье вскипит и пригорит к посуде. Та же участь ожидает и плитку шоколада, да и другие блюда, которые следует доводить до готовности на медленном огне. В таком кулинарном опыте результат абсолютно не гарантирован, а сам процесс наверняка отнимет уйму нервных клеток.
Выходом из ситуации может стать посуда с толстым дном. Она обладает определенной инертностью и не способна моментально нагреваться и так же быстро терять тепло.
В отличие от циклического метода, регулирование мощности конфорки частотой, не таит таких подводных камней. Оно обеспечит точное соблюдение температуры и технологии приготовления продукта.
Комбинированное регулирование мощности
Существует третий способ регулирования мощности конфорки. Он объединяет первые два метода. На средних и высоких уровнях мощности индуктора, регулирование производится путем изменения частоты магнитного поля индукционной катушки, а на малых мощностях — путем циклической подачи питающего напряжения.
Это сделано, чтобы расширить диапазон регулировки, особенно в зоне малых значений мощности. Дело в том, что нижний порог частоты регулирования ограничен значением в 20 кГц. Все, что ниже, становится слышным человеческому уху, и, чтобы не причинять дискомфорта пользователям, регулирование нижнего диапазона мощности индуктора осуществляется до этого значения, а затем в дело вступает попеременное включение и отключение индукционной катушки.
Итоги
Так уж повелось, что производитель не особо стремится посвящать пользователя в технические подробности своих решений. Получить информацию о методе регулирования мощности практически нереально. Ее нет ни на сайтах производителей техники, ни в инструкциях по эксплуатации. В качестве наглядного примера ниже представлены выдержки из инструкций бюджетной и довольно дорогой индукционных панелей, в которых даны советы по выбору уровня мощности при приготовлении различных блюд.
В них также содержатся рекомендации производителей по использованию режимов мощности плиты.
Как видим, по сути, в обоих случаях текст идентичен — в нем нет ни слова об используемом методе регулировки мощности.
Наиболее правильным будет ориентироваться на стоимость конкретной модели: чем она выше, тем более удобные и «правильные» технические решения реализованы в устройстве. И, конечно же, при выборе варочной поверхности стоит внимательно изучить обзоры понравившихся моделей и опыт их использования другими пользователями. Или довериться компетентности продавца, ведь наиболее ответственные из них указывают в фильтрах интересующий нас параметр.
2 Схемы
Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов
Схема подключения индукционной плиты к сетям 220В или 380В
Среди газовых, электронагревательных плит, стеклокерамических и индукционных варочных панелей, последние являются лучшим решением в домашних делах. Они имеют то же преимущество, что и газовые, то есть нагретые продукты быстро реагируют на изменение мощности «горелки». Они также намного безопаснее: газ не улетучивается при трещинах, а нагревательные панели не нагреваются до слишком высоких температур воспламенения, хотя они естественно могут быть горячими.
Единственная проблема — подключение. Теоретически, оно должно быть выполнено профессиональным электриком, тем более что в гарантийном талоне на устройство прописывается пункт по подключению именно квалифицированным электриком, подтверждающий правильную реализацию соединений с сетью.
Однако многие и сами не лыком шиты, имея знания по электротехнике на уровне профессионала. Возможно вы также испытываете желание купить индукционку на место газовой плиты и хотели бы всё сделать своими руками (опять же экономия…). В приведенной ниже статье собрана информация о различных вариантах подключения и типов индукционных варочных панелей.
Мощность индукционной варочной панели
В качестве стандарта мощность индукционной варочной панели составляет 7,2 кВт. Что это значит? Это максимальная потребляемая мощность нагревательной плиты. При ежедневном использовании при нагревании с двумя или тремя конфорками, плита будет потреблять меньше энергии. Все будет зависеть от того, как быстро надо нагреть еду после возвращения домой.
Как мощность переводится в электрический ток?
1.Установка однофазная — в свободном преобразовании будет:
I = 7200 Вт / 230 В = 31,3 Ампер.
2.Наиболее часто используются трехфазные сети на две фазы. Каждая из фаз поддерживает два нагревательных поля с одинаковой общей мощностью. Таким образом, для каждой фазы мощность около 3600 Вт и ток:
I = 3600 Вт / 230 В = 15,7 Ампер.
Даже если полная мощность редко используется, электрическая система должна быть подготовлена к ситуации, когда все «горелки» будут работать на максимум.
Перед покупкой индукционной плиты
Вначале нужно выяснить, какую предельную мощность поставляет проводка в дом / квартиру.
Если мощность сети ниже мощности плиты, есть вероятность, что она регулярно будет выбивать главный предохранитель (на лестничной клетке или в щитке) или — в худшем случае — перегреется и шнур питания сгорит. Например в стандартной хрущевке контрактная мощность для одной квартиры, то есть максимальная мощность, которую могут потреблять все устройства в доме, составляет 5,5 кВт. А это меньше на 2 кВт максимальной мощности индукционной варочной панели. Не говоря уже о других устройствах, которые вы тоже используете во время приготовлении пищи.
Если проблема с максимальным током имеется, то покупайте индукционную варочную плиту меньшей мощности или с функцией снижения максимальной мощности. Это гораздо более простой вариант, хотя отсутствие полной мощности выльется в уменьшение скорости нагрева.
После решения вышеуказанной проблемы из распределительного устройства в индукционную варочную панель должен быть проложен кабель с соответствующим поперечным сечением, и этот кабель должен быть защищен отдельным автоматическим выключателем (об автоматических выключателях почитайте здесь) с соответствующим номинальным током.
Однофазная сеть 220 В
Этот случай относится в основном к квартирам, в которых хозяин решил, что во время ремонта или просто так стоит установить индукционную варочную панель вместо классической газовой плиты. Причём тут ремонт? Конечно это не является необходимым условием, но в большинстве случаев сеть 220 В не готова принять такой энергоемкий потребитель, и потребуется проложить дополнительный кабель от распределительного устройства до индукционной варочной панели и немного модернизировать распределительный щит.
Подключение индукционной варочной панели в однофазной установке без предварительной подготовки и проверки существующей сети — рискованно! Индукционная варочная панель — это вам не холодильник! Индукция потребляет много электроэнергии, больше всех устройств в квартире. Нужно быть уверенным, что электросеть будет способна выдержать такую нагрузку.
В инструкциях для некоторых плит написано, что защита должна быть не менее 30 A и кабель с поперечным сечением 4 мм2. Однако для повышения безопасности проводки лучше использовать защиту 25 A (например, переключатель B25).
Перейдем к вариантам подключения плиты. Следующие схемы подготовлены на основе методов подключения для отдельных моделей, выбранных изготовителем. Перед подключением своей модели всегда проверяйте инструкцию.
Соединение плиты с выходящим кабелем
В этом случае плита представляет собой закрытую коробку из которой выведен кабель, чаще всего 5-проводной. Наиболее распространенными являются:
Примеры чертежей из инструкции от индукционной панели смотрите выше.
Когда шнур питания имеет неподходящее поперечное сечение
Если шнур питания имеет поперечное сечение 2,5 мм2, его необходимо защитить с помощью переключателя с меньшим номинальным током, например B16. В этом случае стоит покупать индукционную варочную плиту с ограниченным потреблением энергии, чтобы выключатель максимального тока не срабатывал при использовании 3-х или 4-х полей нагрева.
Есть мнения о том, что каждая индукционная варочная панель имеет контроллер, который учитывает что сеть является однофазной и не пропускает половинное нагревание при полной мощности или интеллектуально переключает их, если они работают все сразу, то есть потребление 7,2 кВт в однофазной установке находится только на бумаге.
Однако не каждая индукционная плита, когда вы подключаете ее к однофазной слабой проводке, автоматически уменьшает потребление энергии. Если производитель не включил такую информацию в руководство по эксплуатации, следует предположить что если 4 конфорки будут включены в максимальный уровень нагрева, индукционная панель будет потреблять около 7200 Вт энергии суммарно.
Подключение плиты с зажимами вместо проводов
Если модель плиты имеет терминал с клеммами, расположенный в нижней части вместо проводов, его можно напрямую подключить к соединительной коробке.
Трехфазная сеть 380 В
Наиболее распространенным решением используемым производителями, является питание плиты не тремя, а двумя фазами. Причина проста. Индукционная плитка не является трехфазным двигателем, где надо строго 3 линии. Индукционная варочная панель представляет собой систему из 4 независимых элементов — нагревательных полей.
Самый простой способ — разделить их так, чтобы два поля были запитаны из одной фазы и два из другой. Например, это может выглядеть так:
Поля делятся так, что два средних значения подаются из одной фазы и наименьшее с наибольшим из второй фазы. На обоих из них имеется мощность
3600 Вт, что составляет около 16 А тока.
Подключение плиты с проводами (2 фазы)
Как видите, в этом случае не используется серый шнур питания (L3). Примеры чертежей из инструкции индукционной варочной панели, относящиеся к приведенной выше схеме:
Неиспользуемый кабель — серый шнуром питания, стоит изолировать.
Подключение платы с клеммами (2 фазы)
Иногда в таких случаях необходимо установить соединение между N терминалами на плате. Оно может быть выполнено в виде пластины, которая поставляется с плитой и требует только затягивания проводов отверткой.
Подключение плиты с клеммами вместо кабеля (2 фазы) — решение, часто используемое на практике
Вот как выглядит схема подключения, которая часто используется в реальных условиях. На этапе установки используется индукционная варочная панель, поэтому кабель из распределительного устройства оканчивается в монтажной коробке. Если индукционка поставляется с кабелем, она выводится на коробку, если нет — нужно купить кабель OMY (ШВВП) 5 х 2,5.
Кроме того, неиспользуемая фаза (в данном случае L3) тоже подключается к духовке для обеспечения равномерной загрузки фазы. Печь также может поставляться с отдельным кабелем 3 х 2,5 от распределительного устройства (и подключается к однофазному переключателю максимальной токовой защиты). Затем в случае повреждения одного из устройств другое может быть использовано без каких-либо проблем.
Полные три фазы сети для подключения
Если у вас пока ещё стадия строительства дома, скорее всего не будет выбранной модели индукционной варочной панели во время электромонтажа проводки. Но стоит подумать об одном уже заранее. Будет ли это стандартная плита 7,2 кВт или на более высокую мощность 10 кВт. Плиты большей мощности больше по размеру и требуют подачи всех трех фаз.
В этом случае исключается возможность питания печи из распределительной коробки. Вы запускаете отдельный провод из распределительного устройства, предназначенного только для индукционной плиты.
Сечение провода для индукционки
На рисунках при подключении 2 или 3 фаз, везде используется кабель 2,5 мм2. Конечно если на плите есть возможность подключения 3-х фаз, возможно в инструкциях производителя будет требование к проводам на уровне всего 1,5 мм2, в частности 5 х 1,5 мм2.
Тем не менее покупка индукционной варочной панели бывает не один раз в жизни. Возможно лет через 10 вы измените её на более мощную модель и вам понадобится поперечное сечение уже 2,5 мм2.
Какие разъемы использовать для печи
Чтобы сохранить как можно больше места и не заполнять коробку проводами, она должна быть не менее 10x10x5 см. Нет необходимости экономить место, потому что блок будет прикрыт кухонной мебелью.
Чтоб провода не натягивались, лучше сделать петли на концах проводов (рисунок справа) при подключении. Как видите на приведенных выше рисунках, использована специальная клеммная колодка с винтовыми клеммами для трехфазных проводников, нейтрального и защитного проводника. Её преимуществом является то, что после открытия крышки можно увидеть все что в ней связано.
Номинальный ток, то есть максимальный ток который может протекать через каждый терминал в течение длительного времени, для однофазной сети должен быть на уровне от 32 А.
Использование пружинных клемников для трехфазных систем не является проблемой и вполне может использоваться. Они имеют номинальный ток 24 А. Но в однофазной сети этого как правило недостаточно для надежного соединения индукционной варочной панели — применяйте лучше клеммы винтовые.
Выводы и рекомендации
Подключение индукционных варочных панелей в жилых зданиях не является быстрым и беспроблемным вопросом. Прежде чем браться за самостоятельный монтаж такой плиты надо учитывать каждый из этих аспектов: мощность сети и количество фаз, сечение и количество проводов силового кабеля между плитой и домашним распределительным устройством.
Если после прочтения у вас появились вопросы ли дополнения к всему вышесказанному — напишите в комментариях ниже.
Что такое индукционная плита и как она работает
Содержание
Содержание
Приготовление на индукционной панели напоминает магию — жар готовки находится только внутри посуды, вокруг же — ни намека на тепло. О технологиях, используемых в индукционных варочных панелях для того, чтобы получить эту магию, и пойдет речь.
Индукция в деталях
Способность электрического тока возникать в проводнике при пересечении им силовых линий магнитного поля, была замечена Майклом Фарадеем в 1831 году. Открытие электромагнитной индукции дало старт золотой эре разработки электрических машин переменного тока (генераторов, электродвигателей и трансформаторов), определяющих комфортную жизнь человечества по сей день.
В ходе конструирования первых образцов электрических машин и аппаратов, изобретатели столкнулись с проблемой нагрева их «железа», что приводило к существенным потерям энергии (вследствие ее преобразования в тепловую) и общему снижению КПД агрегатов.
Несколько позже Фарадей описал природу возникновения электрического тока не только на поверхности проводника, но и в толще материала с точки зрения открытого им явления. Данные токи были названы вихревыми, поскольку возникают в перпендикулярной магнитному потоку плоскости и имеют круговую природу протекания. Позже они были названы токами Фуко, в честь ученого, посвятившего жизнь их исследованию.
В 1841 году ученые Джеймс Джоуль и Эмиль Ленц, проводя исследования независимо друг от друга, пришли к выводу, что количество тепловой энергии, выделяемой проводником при протекании по нему электрического тока, находится в прямой зависимости от плотности электрического тока и напряженности электрического поля.
Формулирование этого закона дало понимание природы нагрева металлических сердечников трансформаторов и железа статоров и роторов электрических машин, а также дало толчок в разработке методик по снижению влияния вихревых токов на работу электрических машин и аппаратов.
Вихревые токи считаются паразитными. При конструировании электрических аппаратов с ними нещадно борются, стараясь минимизировать их влияние на работу устройства. К примеру, в трансформаторах магнитопровод изготавливают из тонких металлических пластин, изолированных друг от друга. Так же поступают при производстве железа статора электрических машин переменного тока.
В случае с индукционными печами, токи Фуко — основная компонента, позволяющая получать потрясающие результаты, поэтому их всячески «культивируют» и усиливают.
Помещение металла в переменное магнитное поле позволяет получить его нагрев за счет возникновения в нем вихревых токов.
Это свойство дало жизнь целому семейству устройств — индукционным печам, используемым как в промышленности (получение сверхчистых (без примесей) сплавов, сварка, пайка и плавка металлов и т. д.), так и в быту (приготовление пищи). Причем было замечено, что с повышением частоты переменного магнитного поля, процессы возникновения вихревых токов интенсифицируются, позволяя получать более быстрый нагрев помещенного в него материала.
Устройство и принцип действия индукционной варочной панели
Работает индукционная панель следующим образом. Сетевое переменное напряжение выпрямляется и поступает на вход инвертора. В нем оно снова преобразуется в переменное, но уже со значительно большей частотой. Как правило, для работы индукционных варочных плит используется диапазон частот от 20 кГц до 120 кГц.
Нижний порог выбран неспроста: это именно то значение частоты, выше которого ухо человека не способно уловить звуковые вибрации. Чтобы не причинять пользователям дискомфорта неприятным звуком, нижний порог частоты не может быть ниже 20 кГц.
В процессе работы электронные компоненты инвертора и индукторов довольно сильно греются, поэтому плата инвертора принудительно обдувается потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором.
Индуктором, представляющим собой катушку, намотанную из медного многожильного провода в форме конфорки, формируется переменное магнитное поле высокой частоты.
Регулирование мощности нагрева в индукционных печах может происходить двумя способами:
В недорогих моделях для регулирования мощности нагрева применяется циклический способ регулирования мощности.
В более продвинутых — изменение частоты.
Когда металлическую посуду ставят на конфорку, в толще материала возникают вихревые токи, которые и обеспечивают ее нагрев. По сути дно кастрюли или сковородки выступает в качестве вторичной обмотки трансформатора (короткозамкнутой) и является отличной средой для возникновения токов Фуко.
Здесь следует сделать одно важное отступление и рассказать о скин-эффекте, иначе именуемом поверхностным эффектом.
Любой электрический ток при протекании по проводнику создает вокруг него электромагнитное поле. Это же касается и вихревых токов. Магнитные поля, взаимодействуя друг с другом, вытесняют электроны из толщи материала на его поверхность, именуемую скин-слоем, и электрический ток проходит больше по поверхности проводника, чем в его внутренних слоях. Объемная плотность тока в скин-слое значительно выше, чем в его толще. Известно, что с увеличением глубины проникания в материал, амплитуда вихревых токов уменьшается и они гораздо хуже осуществляют нагрев. Использование материала с тонким скин-слоем позволяет получить более высокие температуры его поверхностного нагрева.
Толщина скин-слоя находится в обратной зависимости от частоты переменного магнитного поля, т. е. с ростом частоты толщина слоя уменьшается, что позволяет получить более высокую плотность тока и более эффективный нагрев поверхности проводника.
Каждый материал обладает своей структурой строения кристаллической решетки, от свойств которой зависят его проводимость и толщина скин-слоя. К примеру, в диапазоне частот 20 кГц – 120 кГц (стандартные частоты работы конфорок индукционной панели) толщина скин-слоя стали на порядок меньше толщины слоев меди или алюминия.
К чему это все? А к тому, какой материал необходимо использовать для изготовления посуды, пригодной для индукционных печей. И какую посуду использовать в принципе.
Только металлы с ферромагнитными свойствами смогут обеспечить нужные температуры нагрева дна посуды и подойдут для готовки еды, а не ее медленного разогрева.
Поэтому для индукции нужна посуда, к которой прилипает магнит. Это не прихоть производителя, а объективная необходимость!
Дальше все просто. Вихревые токи, вызванные высокочастотным магнитным полем, индуцируются на внутренней поверхности дна посуды. Именно она контактирует с продуктами и нагревает их, отдавая им тепловую энергию. Этим и объясняется высокая скорость нагрева на индукционных варочных поверхностях.
Конечно, за счет теплопроводности металла нагреется и сама посуда, и варочная поверхность, но это будут не сотни градусов. Поэтому готовить можно, даже застелив конфорку салфеткой — она не загорится, температуры просто не хватит для воспламенения.
Попавшие на поверхность продукты не пригорят к ней по той же причине.
Магия? Зная, как работает индукционная поверхность, понимаешь — это не такая уж и магия. Обычная физика!