Индукционные нагреватели

Сверхвысокочастотные генераторы

Принцип действия сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева основан на эффективном поглощении влагой, содержащейся в нагреваемом продукте, сверхвысокочастотной электромагнитной энергии, подводимой в рабочую камеру от генератора (магнетрона).

Магнетрон представляет собой мощный электровакуумный прибор, преобразующий энергию постоянного электрического тока в энергию сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний. Для тепловой обработки пищевых продуктов в нашей стране используются магнетроны, работающие в дециметровом диапазоне частот (433, 915, 2375) ± 50 МГц. Для бытовых печей и предприятий общественного питания в основном используются магнетроны, работающие на частоте 2375 ± 50 МГц.

Принцип работы магнетрона основан на взаимодействии движущихся зарядов в электрическим и, перпендикулярно направленным к нему, магнитным поле. Магнитное поле обычно создается постоянным магнитом. Охлаждение в основном принудительное воздушное. Мощные магнетроны для промышленных печей имеют водяное охлаждение. Коэффициент полезного действия современного магнетрона (преобразование электрической энергии в сверхвысокочастотную электромагнитную) составляет примерно 70 %. Срок службы магнетрона не менее 1000 часов. Долговечность работы магнетрона зависит от точности поддержания оптимального режима его питания и согласования с нагрузкой рабочей камеры в процессе его эксплуатации.

Принципиальная электрическая схема питания СВЧ-генератора представлена на рис. 4.15. Для работы магнетрона необходимо подать высокое анодное постоянное напряжение (2…5 кВ) между катодом и анодом, а для накала катода низкое переменное напряжение (2…10 В). Питание схемы осуществляется от однофазной сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В ±10 %.

Правильная последовательность включения магнетрона обеспечивается блоком автоматики (БА), а контроль теплового режима его работы – блоком охлаждения (БО). Для управления работой магнетрона и защиты от электромагнитного излучения в окружающую среду служит блок управления (БУ).

Сверхвысокочастотная электромагнитная энергия от магнетрона (М) через защитный диэлектрический колпак (ЗК) поступает в специальный волновод или непосредственно в рабочую камеру СВЧ-печи. Диэлектрический колпак изготавливается из материала прозрачного для СВЧ-энергии.

Принцип работы индукционного негревателя основан на возникновении индуктированных токов в проводящих телах, помещенных в непосредственной близости от источника переменного электромагнитного поля. Индуктированные токи вызывают нагрев тела. Способ нагрева проводящих тел индуктированными токами получил название индукционного.

В индукционной конфорке переменное магнитное ноле создается индуктором, который наводит в дне посуды индуктированный ток, вызывающий его нагрев. Диапазон используемых в индукционных конфорках частот лежит в пределах от 17 до 40 кГц. Нижний предел выбрается на пороге звуковой слышимости, верхний – из экономических соображений.

Существует большое количество схем индукционных конфорок, однако все они включают выпрямитель, блок управления, генератор, контур, индуктор и систему регулирования.

На рис. 4.16 приведен один из вариантов принципиальной электрической схемы индукционной конфорки. Блок управления БУ подает открывающий импульс на тиристор V4, и электрический ток начинает протекать через индуктор L3 и вентиль V5, заряжая конденсатор C2. Через заданный промежуток времени тиристор V4 запирается и конденсатор C2 разряжается на индуктор L3. При пропускании через индуктор L3 высокочастотного тока дно наплитной посуды П разогревается, поскольку оно играет роль одновитковой катушки L4 вторичной обмотки трансформатора L3/L4. Схема питается от двух линейных проводов А и В и одного нулевого N, используемого в качестве заземляющего. Выпрямитель состоит из двух диодов и фильтрующей индуктивной катушки L1, шунтирующей фильтрующий конденсатор С1. Диод V3 облегчает работу диодов выпрямителей V1 и V2. Дроссель L2 работает в цепи с тиристором V4 и является регулятором скорости изменения тока в индукторе L3.

Наплитная посуда (П) с дном определенной толщины из ферромагнитного материала устанавливается на настил (Н), изготовленный из стеклокерамического листа. Непосредственно под настилом размещается индуктор (И), питаемый от высокочастотного трансформатора либо твердотельного преобразователя, управляемого блоком управления. Выпрямитель питается из сети переменным током промышленной частоты. В некоторых схемах блок управления воздействует на схему выпрямителя.

Индукционная конфорка по сравнению с резисторной обладает рядом существенных преимуществ.

1. Тепловой безынерционностью (нагрев содержимого наплитной посуды начинается сразу же после включения конфорки).

2. Сокращением периода тепловой обработки на 25…40 %.

3. Возможностью неограниченной автоматизации.

4. Высоким к. п. д. (до 80 %) и, как следствие, низким удельным расходом электроэнергии за счет минимальных потерь теплоты в окружающую среду и соответствия мощности конфорки потребностям технологического процесса. Кроме того, в период простоя (холостого хода) конфорки отсутствуют тепловыделения в окружающую среду.

5. Большим сроком службы, исчисляемым десятками тысяч часов.

6. Высоким качеством готовой продукции за счет точной реализации требуемого температурного режима.

7. Высокой безопасностью в процессе работы (исключаются ожоги о раскаленную поверхность и сокращается количество теплоты выделяемой в окружающую среду). Рабочие поверхности оборудования сильно не нагреваются, поэтому жарочный настил может быть изготовлен из стекла, керамики, эпоксидных и полиамидных смол и других материалов, обладающих высокими гигиеническими свойствами; настил для плиты может быть сделан сплошным, что облегчает его санитарную обработку.

К недостаткам индукционных конфорок следует отнести.

1. Необходимость использования специальной посуды с дном определенной толщины из ферромагнитного материала (нержавеющая сталь, чугун, фосфорное железо, титан и др.).

2. Сложность устройства.

3. Относительно высокую стоимость (рентабельность конфорки, без учета экономии электроэнергии, достигается при гарантированной долговечности не менее 15 000 ч).

4. Вредное воздействие высокочастотного электромагнитного поля большой плотности (при малых расстояниях от индуктора) на человека. Природа вредного воздействия электромагнитного поля на человека на сегодняшний день до конца не изучена.

Дата добавления: 2015-06-30