Как объяснить, почему алюминий не работает на индукционной плите?


11

Те повара, которые используют индукционные плиты, любят их, но некоторые жалуются на ограниченный тип доступных кастрюль . Увы, мои объяснения недостаточно хороши, чтобы объяснить, как индукционная печь работает достаточно хорошо, чтобы объяснить, почему алюминий не подходит.

Теперь я думаю, что смогу его построить, но, видимо, я не могу их просто объяснить.

Ответы:


22

Индукционная плита представляет собой высокочастотный трансформатор. Первичная обмотка встроена в печь, вторичная обмотка - это дно кастрюли или кастрюли, размещенной на ней.

В принципе, такой трансформатор работает со всеми типами проводников в качестве вторичных. Проблема в том, что вы хотите иметь высокое электрическое сопротивление во вторичной обмотке. Потому что это высокое электрическое сопротивление - это то, что производит тепло внутри дна кастрюли или сковороды.

И вот где алюминий и медь выпадают. Они являются хорошими проводниками и имеют низкое электрическое сопротивление.

Железо, напротив, имеет очень высокое электрическое сопротивление из-за одной особенности: потому что его ферромагнитные переменные токи могут течь только в очень тонком слое под его поверхностью. Это называется скин-эффектом . Опять же, каждый металл демонстрирует этот скин-эффект , но для железа он в 80 раз выше, чем для алюминия и меди. Как и сопротивление и производство тепла.

Вот почему вам нужен железный лист на дне кастрюли или сковороды.


Очень немногие индукционные печи используют истинный нагрев сопротивления типа «короткое замыкание Turn» (и те , которые обычно могут работать с медью, алюминием, что ты!) - обычные видов воспользоваться другими магнитными эффектами , специфичными для ферромагнитных материалов ...
— rackandboneman

13

Индукционная варка работает путем создания поля в металле варочной емкости, чтобы результирующие токи вызывали рассеивание энергии.

Для металла толщиной, скажем, от 3 до 10 мм на достаточно низких частотах индуцированные поля возникают по всему металлу.

По мере увеличения частоты зона нагрева занимает область, все более близкую к внешней части металла, из-за так называемого скин-эффекта.
Хорошая дискуссия в Википедии здесь: " скин-эффект ".

Википедия говорит:

  • Скин-эффект - это тенденция переменного электрического тока (АС) распределяться внутри проводника, так что плотность тока является наибольшей вблизи поверхности проводника и уменьшается с увеличением глубины в проводнике. Электрический ток протекает в основном по «кожуху» проводника, между внешней поверхностью и уровнем, называемым глубиной кожуха. Оболочечный эффект приводит к увеличению эффективного сопротивления проводника на более высоких частотах, где глубина скин-слоя меньше, тем самым уменьшая эффективное сечение проводника. Скин-эффект обусловлен противодействующими вихревыми токами, вызванными изменяющимся магнитным полем, возникающим в результате переменного тока. При меди 60 Гц глубина обшивки составляет около 8,5 мм. На высоких частотах глубина кожи становится намного меньше.

и, что особенно важно:

  • Глубина скин-слоя также изменяется как обратный квадратный корень проницаемости проводника. В случае железа его проводимость составляет около 1/7 от проводимости меди. Однако, будучи ферромагнитным, его проницаемость примерно в 10000 раз выше. Это уменьшает глубину залегания для железа примерно до 1/38, а у меди - около 220 микрометров при 60 Гц. Таким образом, железный провод бесполезен для линий электропередач переменного тока.

Такое сочетание характеристик, которое приводит к большим потерям в железе по сравнению с медью, делает его бесполезным для линий электропередачи с низкими потерями, НО превосходно для индуктивных потерь и нагрева при использовании наилучшей практически доступной технологии.

Однако одним из факторов потерь материала является частота переменного поля. Когда частота увеличивается, глубина скин-слоя уменьшается, соответственно увеличивается сопротивление проводящего материала и увеличиваются потери. Для медной кожи глубина с частотой меняется, как показано в таблице ниже. :

Глубина кожи в меди

введите описание изображения здесь

[Таблица из Википедии. ]

В настоящее время полупроводники с переключением мощности на потребительском рынке ограничены максимальными частотами переключения около 100 кГц по экономическим соображениям. Частоты в этом диапазоне вполне достаточны для нагрева варочного оборудования. Типичные используемые частоты на самом деле находятся в диапазоне 20-100 кГц, причем примерно 25 кГц являются общими.

Когда (или если) разработки в области полупроводниковых переключателей позволяют экономичное переключение мощности на частотах в диапазоне от 1 до 10 МГц, глубина медной оболочки будет уменьшена по сравнению с частотой в 20 кГц примерно в 10-30 раз. Это уменьшит глубину медной оболочки примерно до уровня железа при 20 кГц. Из-за более высокого удельного сопротивления железа потери и, следовательно, нагрев в меди будут все еще ниже, но, вероятно, достаточно высокими, чтобы можно было разработать инновационные решения для отопления на основе меди.

Медь по сравнению с алюминием / алюминием / алюминием *

Глубина алюминиевой обшивки примерно в 1,25 раза больше, чем у меди.
Удельное сопротивление алюминия примерно в 1,6 раза больше, чем у меди.
Таким образом, нагрев алюминия на той же частоте может быть примерно на 25% больше, чем для меди. Который достаточно близок к идентичности, учитывая, что все вторые категории влияют на вероятность возникновения.


Хорошее объяснение с цифрами, спасибо!

Как понимают рекламные объявления, индукционная варочная панель Panasonic полностью переключается на 120 кГц. business.panasonic.com/KY-MK3500.html Что означает, что 1 МГц не требуется.
— Шеннон Северанс

@ShannonSeverance Они МОГУТ использовать чистую тарелку, предназначенную для приготовления пищи, НО я подозреваю, что они "обманывают". После прочтения вашего комментария я искал, чтобы попытаться установить, что они утверждают, что делают. Нигде не совсем ясно (что я мог найти), НО они упоминают нагрев фактической
— Рассел МакМэхон

... "... Эффективная медная катушка 1200 обнаруживает различные типы кастрюль и генерирует энергию до 90 кГц для нагрева только области варочной панели, контактирующей с основанием кастрюли в сочетании с ИК-датчиком для оптимальной эффективности на кухне ... " || Кроме того: Тепловая мощность 3500 Ватт чрезвычайно велика и предполагает, что они могут производить уровень мощности, который является чрезмерным избыточным для стальных котлов, но меньшая доля которого достаточна, например, для меди. TBD ...
— Рассел МакМэхон

Связанный Panasonic является коммерческим продуктом. На этом рынке предложение индукционных варочных панелей мощностью 3,5 кВт очень обычное. Я думаю, что часть PR Newswire написана плохо. На странице продукта: «Электрическое сопротивление в металле кастрюли нагревает только кастрюлю, а не всю варочную панель». Но я не знаю физическую сторону этого, чтобы оценить их претензии с этой точки зрения.
— Шеннон Северанс
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.