Nové vynálezy na trhu spotřebičů 2 - indukční vařič.

čtvrtek 22. říjen 2009 01:51

Indukční vařič pracuje na principu indukčního ohřevu. Uvnitř vařiče se skrývá plochá Helmholtzova cívka, která vyzařuje elektromagnetické vlny s frekvencí 16-27 kHz do okolí jako vysílač. Dno varné nádoby funguje jako přijímací anténa ve zkratu. Asi 7 - 15% tepla v ní vzniká přímo v důsledku elektrického odporu. Zbytek energie se spotřebuje na rychlé přemagnetovávání materiálu nádoby. Z principu funkce vyplývá, že nestačí, aby varná nádoba byla elektricky vodivá - musí být vodivá i magneticky, tzn. její dno musí být ploché a tvořeno materiálem, který magnet přitahuje a tloušťka tohoto materiálu musí být dostatečná, aby dno nádoby pro magnetické pole netvořilo příliš velký odpor.

 Vysílací cívky indukčního vařiče Princip indukčního ohřevu

Historie indukčních vařičů je poměrně stará: první modely - ovšem nespolehlivé a velmi drahé - vyráběly americké firmy Westinghouse a WCI již na počátku 70. let. Tehdy to však byl módní výstřelek, který na své znovuzrození musel počkat dalších dvacet let, kdy byly objeveny nové typy spínacích tranzistorů, které konstrukci vařiče velmi zjednodušily. Spínací tranzistory řízené polem (Field Effect Transistor, tzv. FET) obsahují dva PN přechody umístěné rovnoběžně proti sobě. Pokud jsou oba polarizovány v závěrném směru, tvoří prostor mezi nimi úzký vodivý kanál, ze kterého jsou odčerpávány elektrony napětím přiloženým na PN přechod. Šířka vodivé oblasti kanálu pak závisí na napětí mezi oběma přechody a chová se pro elektrický proud jako proměnný odpor: doslova jako kohoutek u vodovodu, škrtící proud vody. Je zajímavé, že ačkoliv FET tranzistor je o něco konstrukčně složitější než obyčejný tzv. bipolární tranzistor, který sestavil v roce 1947 Shockley, byl ve skutečnosti prvnim známým tranzistorem, který už ve 20. letech minulého století patentoval německý vynálezce židovského původu J.E Lillienfeld, jenž většinu života strávil v USA.

Princip funkce tranzistoru řízeného polem (FET)

FET tranzistor vyniká tím, že velmi rychle spíná již velmi slabými proudy, ale při vypnutí špatně a pomalu přechází do nevodivého stavu. Tuto nevýhodu nevykazuje klasický bipolární tranzistor - ale ten zase pro své rychlé sepnutí vyžaduje poměrně veliké proudy. Zde se nabízí se možnost oba typy tranzistorů zkombinovat do jediného a tak v 80. letech vznikl Insulated Gate Bipolar Transistor (tzv. IGBT), což je bipolární spínací tranzistor P-N-P-N s izolovaným hradlem, který kombinuje výhodné vlastnosti bipolárních a unipolárních tranzistorů: možnost řízení napětím a současně nízký odpor v sepnutém stavu. Umí podobně jako polovodičový tyristor jen spínat a vypínat proud, k zesilování signálu se nehodí. Na rozdíl od tyristoru se IGBT umí vypnout sám - není nutno čekat, až proud klesne sám pod prahovou hodnotu, ale je výrobně náročnější a používá se proto dosud jen pro menší zatížení, zatímco tyristory jde zvětšovat prakticky libovolně.

Vnitřek indukčního vařiče značky Professor

Vnitřek indukčního vařiče značky Professor je zobrazen na obr. výše. Zatímco první modely indukčních vařičů obsahovaly vysokofrekvenční oscilátor napájený nízkým napětím, moderní spínací tranzistory umožňují rychle přerušovat síťové napětí přímo ze zásuvky a vytvářet tak vysokofrekvenční proud velmi efektivně a s minimem dalších součástek. Jednoploténkové vařiče díky tomu nestojí ani tisíc korun, jsou poměrně skladné a lehké. V podstatě je tvoří pouze vysílací indukční cívka, spínaci IGBT tranzistor, kondenzátor a napájecí obvody řízené průmyslovým mikroprocesorem (viz schéma).

Indukční cívka je tvořena tenkým měděným lankem místo masivním drátem, protože vysokofrekvenční proudy vykazují tzv. skinefekt a jsou lépe vedeny vodiči s velkým povrchem. Princip skinefektu lze pochopit například na vedení přerušovaného proudu vody pružnou zahradní hadicí, která představuje model vodiče s indukčností a kapacitou rozloženou po celé délce vodiče. Pokud jsou změny tlaku velmi rychlé, pružný materiál hadice se jim poddává, díky čemuž hadice vede střídavý proud jen těsně pod povrchem - zbytek kapaliny v průřezu hadice zůstává díky své setrvačnosti v klidu. Díky tomu nejsou vysokofrekvenční proudy pro lidský organismus příliš nebezpečné, protože většinou způsobí jen povrchové popáleniny.

IGBT tranzistor naseká usměrněný síťový proud na střídavý jako salám na plátky s vysokou frekvencí a proměnlivou střídou, čímž se reguluje výkon. Protože se přitom část energie ztrácí na spínacím tranzistoru, vyžaduje indukční vařič dobré vnitřní chlazení, které zajišťuje vestavěný ventilátor. Indukční vařič se charakterem podobá plynovému: protože topný výkon působí jen na stěny varné nádoby, rozehřívá se velice rychle a stejně tak může být odstaven z provozu. Velkou oblibu indukční vařiče zaznamenaly ve východní Asii právě díky charakteru tamní kuchyně, která je založena na rychlém a prudkém propečení surovin. Moderní vařiče navíc umožňují řídit teplotu nádoby pomocí kontaktního teploměru s chybou v rozmezí několika málo desetin stupně, takže je na nich prakticky vyloučeno přehřátí a připalování obsahu. Uprostřed indukční cívky vidíme regulační termočlánek snímající teplotu varné desky, zalitý v bílé pastě obsahující oxid berylia, který výborně vede teplo. Lepší typy vařičů jsou vybaveny i časovačem a víceméně plynulou regulaci napájecího výkonu, popř. vestavěnými teplotními programy pro přípravu nejběžnějších typů pokrmů nebo pomalé rozmrazování.

Při provozu stěny některých varných nádob vyzařují ultrazvuk se stejnou frekvencí, jako elektromagnetické pole v důsledku jevu nazývaného magnetostrikce, což se občas projevuje tichým pištěním, skřípáním nebo syčením. Vzhledem k charakteru vyzařovaného elektromagnetického vlnění se nedoporučuje tyto spotřebiče obsluhovat osobám s voperovaným kardiostimulátorem nebo podobným zařízením, obsahujícím citlivou mikroelektroniku, protože by mohlo dojít k jeho poškození elektrickým polem, které se šíří několik desítek centimetrů od vařiče. Při odstavení varné nádoby z vařiče indukčnost cívky klesá, čimž roste její vodivost pro střídavý proud. Aby nedošlo k přetížení spínacího tranzistoru, je indukční vařič vybaven regulačním obvodem, který v případě zvednutí nádoby nebo jiného proudového přetížení vařič okamžitě odpojí ze sítě. Přesto se nedoporučuje indukční vařič za chodu ponechávat bez dozoru, zvláště levnější typy čínské provenience.

Celková účinnost přeměny elektrické energie na užitečné teplo v indukčním vařiči dosahuje kolem 90%, ale vyžaduje speciální nádobí s plochým feromagnetickým dnem: litinové, smaltované a speciální nádoby určené právě pro indukční ohřev. Nádoba zároveň musí mít ploché, pokud možno zabroušené dno s dostatečným průměrem (12-30 cm) - běžné hliníkové nebo nerezové nádobí nestačí. Tento nedostatek lze částečně obejít speciální kovovou ploténkou, kterou se nemagnetická varná nádoba podloží - ale tímto opatřením se do značné míry vytrácí hlavní výhoda indukčního ohřevu, tj. bezkontaktní přenos tepla do stěny nádoby.

Celková ekologická účinnost indukčního vařiče zhruba odpovídá plynovému vařiči, jelikož účinnost výroby elektřiny z plynu je jen kolem 40%. Pro srovnání: tzv. halogenové vařiče s keramickou deskou dosahují účinnosti  60%, běžný ploténkový vařič 35 - 55%.  Spotřeba elektrické energie na ohřátí dvou litrů vody k varu činí asi 225 Wh, u halogenového vařiče s keramickou deskou 270 Wh, u ploténkového vařiče asi 320 Wh a u plynu asi 390 Watthodin. Doba k uvedení cca dvou litrů do varu se udává necelých pět minut, zatímco halogenový vařič vyžaduje kolem devíti minut, podobně jako vařič plynový a ploténkový vařič ještě více. Velkou výhodou indukčního vařiče je pohodlná a bezpečná obsluha a údržba: tím, že se u tohoto typu vařiče zahřívá varná deska pouze přímo pod nádobím, můžete ji utřít téměř ihned po vaření, takže se na ni potraviny nepřipalují a čištění vařiče je snadné.  

Creative Commons License
Blog, jehož autorem je Milan Petřík, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko.

Milan Petřík

PavelPokus21:1828.4.2012 21:18:12
Miloslav KlímaProsím o schema10:2827.11.2011 10:28:02
fLsQXkiBAFfhVJeLRDGPtxeNefkA09:2215.7.2011 9:22:52
wVRehXDsCTgGYIGIKtORTcHCFFLOhs05:0814.7.2011 5:08:20
MilanVýborné děkuji.10:5830.12.2009 10:58:45
Vašekvýborné10:5130.12.2009 10:51:02
PetrikIndukční vařič jako VF generátor20:4120.12.2009 20:41:36
PetrikSpotřeba X Příkon03:3929.11.2009 3:39:28
DavidSpotřeba X Příkon11:2522.11.2009 11:25:37
PetrikRe: schéma 212:322.11.2009 12:32:40
PetrikRe: schéma12:262.11.2009 12:26:05
MichalSchéma08:572.11.2009 8:57:37
MartinPochvala18:4722.10.2009 18:47:38
MíraZajímavé.12:4422.10.2009 12:44:53
VaclavDěkoji za článek.08:1622.10.2009 8:16:23

Počet příspěvků: 15, poslední 28.4.2012 21:18:12 Zobrazuji posledních 15 příspěvků.

Milan Petřík

Milan Petřík

Aktuality a postřehy ze světa vědy

Astronomie, fyzika

REPUTACE AUTORA:
0,00

Seznam rubrik