從渦流原理闡述電磁爐的應用

徐若晴

摘要：電磁爐由于加熱快，熱效率高，沒有煙塵和有毒氣體，安全性能高，又兼具美觀性等特點，近年來，被逐漸應用到人們的生活中。本文根據(jù)電磁感應所產(chǎn)生的渦流原理對電磁爐進行研制，以期能讓更多人了解電磁爐的這種小家電產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：渦流原理 電磁爐 應用

電磁爐被很多人稱之為“綠色爐具”，在進行食物加熱過程中，電磁爐的熱源并不是來源于電磁爐本身發(fā)熱，再傳遞到鍋具內(nèi)部，而是來源于鍋具的底部。因此，電磁爐的熱效率要遠遠高于其他種類的鍋具。電磁爐的制作是根據(jù)電磁感應產(chǎn)生的渦流原理以及渦流的熱效應，通過對渦流原理的了解，能夠加深對電磁爐的認識，方便更好的使用。

一、渦流的熱效應

對于渦流原理的認識，可以通過實驗得出。選擇一個柱形鐵芯，并在上面繞著線圈，給線圈通上交變電流。這時能夠發(fā)現(xiàn)，柱形鐵芯就在交變磁場中。鐵芯的磁通量持續(xù)變化，產(chǎn)生感應電流。這時候可以從鐵芯的上端進行俯視，就會清楚的發(fā)現(xiàn)電流的流線呈現(xiàn)出旋渦狀，這種感應電流叫做渦流。大鐵芯電阻較小，渦流較大，這時強大的渦流在鐵芯內(nèi)流動，電能逐步轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，鐵芯溫度增加。渦流的這種電能轉(zhuǎn)化為熱能情況稱之為渦流的熱效應。

實際上，渦流的熱效應應用在電子設(shè)備上通常是有很大的危害，變壓器的線圈中通過交流電時，會在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生很大的渦流，這個過程中也會釋放出大量的熱量，一方面會消耗掉很多的電能，另一方面會影響電器設(shè)備的正常運行。因此，為了把渦流和渦流帶來的不利影響降到最低，可以在變壓器的鐵芯中進行涂絕緣漆的方式解決，或者鐵芯選擇表面有絕緣介質(zhì)膜的材料組成，硅鋼片是最好的選擇。這個過程中可以使硅鋼片和磁力線保持平行，就可以使渦流通過時，橫截面積減少。同時，硅鋼片的電阻率較大，也可以在一定程度上對渦流形成削減的作用，這種操作對于減少電能的消耗有良好的作用。在減少渦流方面，很多高頻元件里的鐵芯都會做一定的處理，一般情況下是使用絕緣磁性材料顆粒壓制的情況。雖然渦流的熱效應存在著一定的危害，對電器設(shè)備也會產(chǎn)生不利的影響，但是渦流的熱效應可以應用在加熱技術(shù)上，即電磁加熱技術(shù)。電磁加熱技術(shù)產(chǎn)生的時間較長，起初被用于冶金工業(yè)，而后各國開始設(shè)計將電磁加熱技術(shù)應用到食物的加熱上，也就是電磁爐的產(chǎn)生。但是由于電磁爐剛設(shè)計出來時，電路相對復雜，性能較差，可靠性低，再加上價格較高，使用人數(shù)相對比較少。進入20世紀90年代，電磁爐的性能得到改善，單片機控制技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展極大的提高了電磁爐使用的可靠性，各種不同類型的電磁爐先后產(chǎn)生，并受到消費者的青睞。

二、電磁爐立體結(jié)構(gòu)

電磁爐的結(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷改進之后，已經(jīng)變得非常簡單。具體來說主要包括塑料外殼、陶瓷面板、電控系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等。電磁爐的塑料外殼主要是由塑料面蓋以及塑料底座構(gòu)成，既保證了外部的隔熱，又能設(shè)計不同的造型，增加美觀度。陶瓷面板更直觀的來說是電磁爐上的微晶玻璃板。電控系統(tǒng)是電磁爐的核心部位，主要包括主電路板、線圈盤以及顯示板，通過渦流原理，實現(xiàn)對食物的加熱。散熱系統(tǒng)是電磁爐中不可缺少的一部分，也增加了電磁爐使用的安全性。主要由散熱風機、溫度傳感器以及電路板散熱片等散熱裝置組成。

三、電磁爐的工作原理

（一）加熱原理

電磁爐是日常生活中經(jīng)常出現(xiàn)的，應用于食物加熱的廚房電器，其加熱的原理是根據(jù)電磁感應原理把電能通過裝置轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。在實際應用過程中，電磁爐使用時整流電路會將50Hz的交流電轉(zhuǎn)化成頻率在20kHz到40kHz的高頻電流。同時，在線圈盤上就會有交變磁場的出現(xiàn)，鍋具的底部會通過磁力線進行切割，最終，鍋底產(chǎn)生環(huán)形電流，也就是渦流。與此同時，還應該注意到渦流熱效應會使鐵器皿中的鐵分子高速振動，器皿能夠高速發(fā)熱，再通過熱傳遞的方式，實現(xiàn)對器皿中食物的加熱。高速振動產(chǎn)生的熱量進行加熱，可以減少熱傳遞過程中出現(xiàn)的中間環(huán)節(jié)，對于提高制熱效果有很大的幫助。因此，電磁爐的加熱原理是根據(jù)高頻率渦流產(chǎn)生的熱原理得到的，它的加熱效率要遠遠高于其他的廚具，并且無煙塵，無名火，安全可靠又衛(wèi)生等優(yōu)勢，有“烹飪之神”、“綠色爐具”等美譽，可見人們對電磁爐的喜愛程度。

（二）電控部分的工作原理

通過理論和實踐經(jīng)驗表明，渦流和磁感應強度及交流電頻率的平方都成正比，所以，當滿足相應的高磁感強度交變磁場線圈時，才能達到所要求的熱交換功率，同時需要增加交流電的頻率來提高渦流功率，才能實現(xiàn)電磁爐的正常工作。工作過程根據(jù)既定的程序有一套完整的運行方式，最終實現(xiàn)的結(jié)果就是鐵質(zhì)平底鍋的地步會產(chǎn)生較強大的渦流，鍋底在渦流熱效應下迅速加熱，這時候加熱線圈中的電測能就能通過裝置轉(zhuǎn)換成熱能。交變磁場感應渦流的原理，使鍋體本身自行的進行高速發(fā)熱的形式，對鍋體內(nèi)的食物進行加熱，這種熱量的轉(zhuǎn)換率非常高，已經(jīng)得到廣泛應用。

三、結(jié)語

綜上所述，電磁爐通過渦流原理，即電磁感應的方式使鍋體自身發(fā)熱，達到加熱鍋體內(nèi)食物的目的。使用電磁爐進行加熱的效率可達到80%，高于一般鍋具一倍之多。在使用過程中不會產(chǎn)生有害氣體，安全系數(shù)高，綠色環(huán)保，加熱時間短，成本低等優(yōu)點，因此得到了廣泛的應用。但是我們也應該知道，電磁爐在使用過程中電路相對較復雜，并且存在一定的電磁輻射，要適量使用，避免給身體帶來損害。

參考文獻：

[1]吳岳芬，張舸，萬力，等.數(shù)字控制感應加熱電磁爐的設(shè)計[J].電子器件，2017，（02）.

[2]牛薇.基于電渦流原理的轉(zhuǎn)速傳感器的設(shè)計[D].哈爾濱工業(yè)大學，2014.

（作者單位：天津外國語大學附屬外國語學校）endprint