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          電磁爐的基本原理

          編輯:合肥快捷家電維修中心   時間:2013/07/05   字號:
          摘要:電磁爐的基本原理
          電磁爐是利用交變磁場產(chǎn)生感應(yīng)渦流加熱的原理研制開發(fā)的新一代生活用具。其主要特征是清潔環(huán)保、節(jié)能高效、安全省時、方便實(shí)用、功能齊全、多重保護(hù),可通過智能菜單,實(shí)現(xiàn)煮飯、燒水、煮粥、煎炒、火鍋等功能。因此,電磁爐是一種具有微電腦控制及模糊控制技術(shù)的高科技廚房用具,是烹飪食物的好幫手,它已在我國城鄉(xiāng)家庭廣泛地普及起來。
          然而,隨著電磁爐用戶的增多,使用時間增長而引發(fā)的故障率升高,以及社會維修的需要,提示電磁爐的機(jī)芯構(gòu)造及其工作原理,已越發(fā)顯得十分重要。
          一、渦電流基本原理
          在電磁學(xué)中,利用磁場獲得電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象,所獲得的電流叫做感生電流,形成感生電流的電動勢叫做感生電動勢。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)上的重大成就之一。而法拉第電磁感應(yīng)定律所指出“當(dāng)穿過閉合線路的磁通量發(fā)生變化時,線路里感生電動勢的大小跟穿過閉合線路的磁通量變化率成正比”,則為開發(fā)電器設(shè)備奠定了理論基礎(chǔ)。
          在用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研與教學(xué)的一些電器設(shè)備中,常常有在大塊的金屬存在,如發(fā)電機(jī)和變壓器中的鐵芯,當(dāng)這些金屬鐵塊對磁場做相對運(yùn)動或處在變化的磁場中時,則金屬塊內(nèi)的自由電子將受到洛侖茲力或感生電場力的作用,從而使整塊金屬內(nèi)部引起感應(yīng)電動勢。如果在圓柱形鐵芯上繞有線圈,并施加交變電流,鐵芯就處在交變磁場中,此時,鐵芯內(nèi)部就會產(chǎn)生電流,這種感應(yīng)電流的流線,在洛侖茲力(運(yùn)動電荷在磁場中所受到的力)和感生電場力這兩個力的作用下,將圍繞圓柱形鐵芯軸線呈渦旋狀,故稱為渦電流,簡稱渦流。
          二、渦電流的熱效應(yīng)
          在直流電學(xué)的試驗(yàn)中,當(dāng)電流通過導(dǎo)體時,導(dǎo)體的溫度總要長高,并有一定的熱量Q放出,這種現(xiàn)象在物理學(xué)中就被稱為電流的熱效應(yīng),如電流通過白熾燈、電熨頭、電褥子等家用電器時,都會有熱量放出。英國物理學(xué)家焦耳經(jīng)過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出:電流通過導(dǎo)體時,放出的熱量Q與電流強(qiáng)度I的平方、導(dǎo)體的電阻R及通電的時間t成正比。其中,Q為焦耳熱,1焦耳為瓦特·秒。
          在通常情況下,金屬導(dǎo)體中的原子實(shí),在 晶體點(diǎn)陣的位置附近不停地做熱振動,而自由電子在無規(guī)則熱運(yùn)動的過程中,則不斷與原子碰撞,兩者之間通過碰撞交換能量,進(jìn)而達(dá)到熱平衡。當(dāng)導(dǎo)體兩端加上電壓后,導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生電場,在電場力的作用下,自由電子與原子實(shí)碰撞時,就把定向運(yùn)動的動能傳遞給原子實(shí),進(jìn)而加劇原子實(shí)的熱振動,使導(dǎo)體的溫度升高,并放出熱量Q。因此,焦耳熱實(shí)際上是通過電場力做功由電能轉(zhuǎn)化而得到的。在金屬材料中,由于多數(shù)金屬的電阻率很少,因此不大的感應(yīng)電動勢,往往會使整塊金屬內(nèi)部激起強(qiáng)大的渦電流。渦電流與普通電流一樣要放出焦耳熱。因渦電流使整塊金屬產(chǎn)生熱量的現(xiàn)象,就被稱為渦電流的熱效應(yīng)。而利用渦電流的熱效應(yīng)進(jìn)行加熱的方法就稱為感應(yīng)加熱。這種加熱的方法曾廣泛用于不同的工業(yè)中,如在冶煉工業(yè)中,利用高頻感應(yīng)爐冶煉高純金屬和特種鋼或特種合金等。高頻感應(yīng)爐是在坩堝的外部繞有線圈并與大功率的高頻電源接通而組成。當(dāng)高頻交變電流在線圈內(nèi)激發(fā)很強(qiáng)的高頻磁場時,坩堝內(nèi)的被冶煉金屬產(chǎn)生強(qiáng)大的渦電流,并釋放出大量的焦耳熱將自身熔化。高頻交變電流的頻率越高則釋放出的焦耳熱越多。因此通過調(diào)節(jié)交變電流頻率的辦法,就可以控制渦電流的大小,進(jìn)而達(dá)到控制爐內(nèi)溫度的目的。
          又如,利用渦電流的熱效應(yīng),還可以進(jìn)行高頻焊接加工,如自行車的鋼管車架焊接等。渦電流的熱效應(yīng)還廣泛用于無法直接加熱的真空技術(shù)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,如排隊示波管、顯像管內(nèi)部金屬電極上吸附的殘余氣體等。
          但渦電流的熱效應(yīng),有好的一面,可用來為人類造福,也有不利的一面,如對變壓器和電動機(jī)的運(yùn)行構(gòu)成危害,它會導(dǎo)致鐵芯溫度升高,危及線圈絕緣材料的壽命,同時,渦電流發(fā)熱要消耗額外的能量,使變壓器和電動機(jī)的效率降低。這就需要再用其他方法減小渦電流來補(bǔ)救。
          三、電磁爐的加熱原理
          渦電流的熱效應(yīng)在被運(yùn)用用到電磁爐的技術(shù)中時,其交變磁場主要是通過一個扁平的線盤來實(shí)現(xiàn)的,在應(yīng)用中,只要在線盤引出的兩個電極間施加一個高頻交變電流,線盤周圍就會產(chǎn)生交變磁場,此時若在線盤頂部放上一只平底的鐵質(zhì)鍋體,鐵質(zhì)鍋體底部內(nèi)的自由電子在交變磁場的作用下,便會產(chǎn)生渦電流,由于渦電流的熱效應(yīng),使鍋體釋放焦耳熱,進(jìn)而再加熱鍋內(nèi)的食物和??傊?,通過上述對渦電流的及其熱效應(yīng)的了解,可以清楚知道:電磁爐本身不釋放焦耳熱,只產(chǎn)生交變磁場,而改變交變磁場的強(qiáng)度,則會改變鐵質(zhì)鍋底中渦電流的強(qiáng)度,進(jìn)而改變鍋體釋放的焦耳熱。因此,在電磁爐內(nèi)部還要設(shè)計一些電子線路,以控制線盤所產(chǎn)生的交變磁場的強(qiáng)度。
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