Индукционная плита: принцип работы¶

Индукционная плита — кухонная варочная панель, нагрев посуды в которой осуществляется не прямым источником тепла, а за счёт электромагнитной индукции. Токи Фуко, возникающие в дне металлической посуды под действием переменного магнитного поля катушки, выделяют тепло непосредственно в самом дне, минуя воздух и поверхность панели. КПД такого нагрева достигает 85–90 %, что существенно выше, чем у газовых плит (около 40 %) и обычных электрических плит со спиралью (около 60 %).

¶Физический принцип работы

В основе работы индукционной плиты лежит явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в 1831 году. Если через проводник пропускать переменный ток, вокруг него возникает переменное магнитное поле. Если рядом расположить другой проводник, в нём наводятся так называемые вихревые токи (токи Фуко). Если этот второй проводник обладает электрическим сопротивлением, токи Фуко нагревают его по закону Джоуля — Ленца.

В индукционной плите роль первого проводника играет плоская спиральная катушка (индуктор), расположенная под керамостеклянной поверхностью панели. Роль второго проводника — дно кастрюли или сковороды. Переменный ток высокой частоты (обычно 20–100 кГц) пропускается через катушку, создавая быстроменяющееся магнитное поле. Оно проходит сквозь керамическую поверхность без потерь и наводит вихревые токи в металлическом дне посуды. Сопротивление металла превращает энергию этих токов в тепло — дно нагревается, а от него нагревается содержимое.

Важно, что сама поверхность плиты при этом почти не греется: она лишь слегка нагревается от горячей посуды. Именно поэтому индукционная плита безопаснее в использовании — случайно пролитая жидкость на панель закипает, но не «пригорает» к поверхности.

¶Устройство

Основные элементы индукционной плиты:

• Индукционная катушка — плоская спираль из медного провода, создающая магнитное поле. В современных плитаx может использоваться одна катушка на всю панель с автоматическим определением положения посуды, или отдельная катушка под каждой конфоркой.
• Инвертор — электронная схема, преобразующая переменный ток сети (50 Гц) в ток высокой частоты (20–100 кГц). Именно инвертор задаёт частоту колебаний магнитного поля.
• Керамостеклянная поверхность — жаропрочное стеклокерамическое покрытие (например, Schott Ceran), прозрачное для магнитного поля, устойчивое к ударам и высоким температурам.
• Датчики — термодатчики контроля температуры поверхности, датчики наличия и материала посуды, датчики перелива.
• Система охлаждения — вентилятор и воздуховоды, отводящие тепло от электронных компонентов.

¶Требования к посуде

Не любая посуда подходит для индукционной плиты. Нагрев возможен только в том случае, если дно обладает ферромагнитными свойствами или, по крайней мере, электропроводностью. Проверить пригодность можно простым способом: если магнит притягивается к дну — посуда подойдёт.

• Чугун — подходит идеально, высокая магнитная проницаемость обеспечивает эффективный нагрев.
• Нержавеющая сталь — подходит, если сплав ферромагнитный (большинство доступных марок).
• Алюминий и медь — сами по себе не годятся из-за отсутствия ферромагнитных свойств, но посуда из них может использоваться, если дно снабжено специальным ферромагнитным слоем.
• Стекло, керамика, пластик — не подходят, так как не проводят ток и не нагреваются индукционным полем.

Производители маркируют такую посуду специальным символом — спиралью.

¶Регулировка мощности

В газовой плите мощность регулируется изменением размера пламени, в обычной электрической — изменением подаваемого напряжения, что сопровождается инерцией (спираль нагревается и остывает медленно). Индукционная плита лишена этой проблемы: мощность регулируется либо изменением частоты тока в инверторе, либо широтно-импульсной модуляцией — индуктор кратковременно включается и выключается с высокой скоростью. Реакция на изменение заданного уровня происходит практически мгновенно, что позволяет точно поддерживать заданную температуру, например, при тушении или плавлении шоколада.

¶Преимущества и недостатки

К достоинствам индукционных плит относят:

• высокий КПД и, как следствие, экономию электроэнергии;
• быстрый нагрев — закипание литра воды занимает 2–4 минуты;
• мгновенную регулировку мощности;
• безопасность — поверхность не раскаляется, отсутствует открытый огонь;
• лёгкость ухода — разлитая пища не пригорает.

К недостаткам относят:

• необходимость специальной посуды;
• электромагнитное излучение (при правильной конструкции и исправной посуде его уровень остаётся в пределах норм, но рекомендуется дистанция не менее 5 см от работающей конфорки);
• зависимость от электросети — при отключении электричества плита не работает;
• относительно высокую стоимость моделей с инвертором;
• характерный звук (писк или гул) во время работы, связанный с высокочастотными колебаниями катушки.

¶Применение

Индукционные плиты получили распространение как в домашних кухнях, так и в профессиональной кухонной технике ресторанов и столовых. В России и Европе их доля на рынке варочных панелей стабильно растёт, вытесняя обычные электрические плиты со спиралью. Среди производителей бытовой индукционной техники — Bosch, Siemens, Electrolux, Miele, а также российские бренды, выпускающие встраиваемые панели для локализованного производства.

Источники:

• Физика: учебник для средней школы (электромагнитная индукция, токи Фуко)
• Schott Ceran — техническая документация по стеклокерамике для варочных панелей
• ГОСТ Р и технические регламенты ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования»
• Материалы производителей бытовой техники (Bosch, Electrolux, Miele) по индукционным варочным панелям