1.電磁加熱原理
電磁爐亦稱電磁灶,顧名思義,電磁爐是一種靠電磁場加熱食物的灶具。那么,什么是電磁加熱呢?在回答這個問題之前,讓我們先看看下面這個現(xiàn)象;家用電器中的工頻變壓器在工作時,鐵芯會發(fā)熱。鐵芯既不與初級繞組相通,又不與次級繞組相通,它怎么會發(fā)熱呢?
常見電源變壓器結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示。當(dāng)線圈中通以交流電后,線圈中便產(chǎn)生了交變的磁場。變壓器中每一塊硅鋼片都有磁力線穿過,由于磁場強(qiáng)度變化,即穿過每塊硅鋼片中的磁力線條數(shù)(磁通量)發(fā)生變化,由楞次定律可知,在每塊硅鋼片內(nèi)部便會產(chǎn)生閉合渦旋狀的感應(yīng)電流(電流方向?yàn)槟骋粫r刻的電流方向),以阻止磁通量的變化,這一感應(yīng)電流叫渦電流,簡稱渦流。渦流在每一塊硅鋼片中流動,由于電流具有熱效應(yīng),因此硅鋼片發(fā)熱,溫度升高。渦流通過金屬將電能轉(zhuǎn)換成熱能的現(xiàn)象叫做渦流的熱效應(yīng)。
雖然渦流的熱效應(yīng)會對電器設(shè)備產(chǎn)生不利影響,但可以將它應(yīng)用于加熱技術(shù)上,這種加熱技術(shù)稱為電磁加熱技術(shù)。
(1)知識鏈接:渦流的熱效應(yīng)
渦流的熱效應(yīng)在電子電器設(shè)備中是非常有害的。
當(dāng)變壓器的線圈中通以交流電時,鐵芯中要產(chǎn)生較大渦流,釋放出大量的熱,不僅白白消耗電能,而且不利于電器設(shè)備的正常工作。為了減小渦流和渦流所造成的影響,常見工頻變壓器的鐵芯多采用涂有絕緣漆或表面有絕緣介質(zhì)膜的薄硅鋼片疊合而成,并使硅鋼片平面與磁力線平行。這樣,每塊硅鋼片中渦流通過的橫截面積減小,加之硅鋼片自身電阻率較大,因此渦流減弱,從而減小了電能損耗。為了盡可能地減小渦流,高頻元件中的鐵芯采用絕緣的磁性材料顆粒壓制而成。
(2)背景知識:電磁爐
電磁加熱技術(shù)并非近年來才出現(xiàn)的技術(shù)。20世紀(jì)50年代,在冶金工業(yè)上,利用渦流的熱效應(yīng),制成了用于冶煉金屬的高頻感應(yīng)爐(亦稱電磁爐)。高頻感應(yīng)爐在坩堝的外部纏繞線圈,并把線圈接到高頻交變電源上,如下圖所示。高頻交變電流在線圈內(nèi)產(chǎn)生高頻交變的磁場。爐內(nèi)被冶煉的金屬因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流,釋放出大量的熱,使金屬熔化。
在上述高頻感應(yīng)爐出現(xiàn)后不久,各國陸續(xù)設(shè)計(jì)出許多民用加熱食物的高頻感應(yīng)爐,即現(xiàn)在通稱的電磁爐或電磁灶。由于當(dāng)時所設(shè)計(jì)的電路非常復(fù)雜,加之當(dāng)時功率元器件的制造水平較低,性能不佳,致使電磁爐的性能與使用的可靠性一直不高,加之其價(jià)格不菲,因此在相當(dāng)長一段時間里電磁爐得不到普及。
20世紀(jì)90年代后期,性能優(yōu)異的大功率半導(dǎo)體功率器件大量問世,單片機(jī)控制技術(shù)的日趨完善,使電磁爐的可靠性得到極大提高,價(jià)廉物美的電磁爐產(chǎn)品如雨后春筍般涌現(xiàn)出來,并深受廣大消費(fèi)者喜愛。
理論和實(shí)驗(yàn)證明:渦流功率不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)成正比,還與交流電頻率的平方成正比。因此為了使電磁爐達(dá)到一定的熱交換功率(大于1200W)以滿足煎、炒、蒸、煮等烹飪要求,除了安裝能產(chǎn)生高磁感應(yīng)強(qiáng)度的交變磁場線圈外,最行之有效的辦法是提高交流電的頻率以提高渦流功率。目前,流經(jīng)電磁爐加熱線圈中的交流電頻率在15~30kHz。當(dāng)線圈中通以高頻交流電時,線圈周圍產(chǎn)生交變磁場,在高頻交變磁場的作用下,鐵質(zhì)鍋底中產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流,鍋底迅速釋放出大量熱量,其工作示意圖如下圖所示。
提示:電磁爐的加熱線圈(又稱發(fā)熱線圈或發(fā)熱線盤)自身并不是熱源.也就是說電磁爐并不是利用熱傳導(dǎo)的方式加熱食物的,而是通過電磁感應(yīng),讓鍋體自身高速發(fā)熱,從而加熱食物,熱效率大大提高。
為了能在發(fā)熱線圈中形成15~30kHz的高頻交流電,電磁爐中設(shè)有頻率變換電路(簡稱變頻電路),將整流、濾波后的直流電變成高頻交變電流;為了實(shí)現(xiàn)煮、炒、蒸等不同烹飪時的功率調(diào)整,電磁爐中還設(shè)有功率檢測及控制電路。常見電磁爐的電路原理簡圖如下圖所示。