Индуктор для кухонной индукционной электроплиты

где ш, - число витков центральной катушки сот, число витков внешней катушки 11 - высота намотки катушки 1 - расстояние от верхнего витка намотки катушки до плоскости, в которой расположено днище кухонной посуды г, - средний радиус центральной катушки В - средний радиус внешней катушки,а ЧИСЛО ВИТКОВ КаЖДОЙ ИЗ ВНУТРЕННИХ КЗТШЦСК ОПРСДВЛЯСТСЯ ИЗ СООТНОППЕНИЯ2. Индуктор по п. 1, отличающийся тем, что минимальное значение внутреннего радиуса Центральной катушки (г) определяется из соотношения3. Индуктор по пп. 1, 2, отличающийся тем, что с внутренней стороны Центральной катушки расположена дополнительная катушка, установленная сверху в одной плоскости с основными и имеющая высоту, по меньшей мере, в два раза меньше высоты основных катушек.4. Индуктор по пп. 1-3, отличающийся тем, что отношение ширины индуктора, определяемой расстоянием между крайними витками Центральной и внешней катушек, к высоте катушек лежит в пределах 34.5, Индуктор по пп. 1-4, отличающийся тем, что намотка катушек индуктора выполнена многожильным проводом, состоящим из семи стренг, скрученных в обратном направлении относительно направления скрутки стренг, содержащих по семь изолированных проводов и вь 1 полненных также путем скрутки.6. Индуктор по пп. 1-5, отдшчаюлцийся тем, что он снабжен двумя плоскими экранами из электропроводящего пемагпитпого материала, имеющими форму круговых колец, расположенными соосно индуктору на уровне его верхней и нижней плоскостей соответственно, причем радиус отверстий экранов превышает внешний радиус индуктора на (0,51)11, а ширина колец равна высоте 11 катушек индуктора.Изобретение относится к области элекгронагревательной технишд и может быть использовано в бытовых кухонных электроплитах индукционного типа для нагрева днища кухонной посуды.В бЫТОВЬЕХ ЭЛВКТРОПЛИТЗХ ИНДУКЦИОННОГО типа наиболее ЩИРОКОС ПРИМСНСНИС находят ИНдукторы, выполненные в виде плоской спирали из многожильного жтута 1.Недостатками индукторов такого типа являютсяа) малое значение его собственной индуктивности и связанная с этим большая величина амплитуды импульсов тока и/или Высокое значение частоты следования импульсов, необходимые для создания заданного уровня напряженности магнитного поля у поверхности днища кухонной посуды и соответственно заданного значения тепловой мощности, выделяемой в днище кухонной посудыб) неравномерность нагрева днища кухонной посуды, расположенной над индуктором, обусловленная неоднородностью распределения тангенциальной (радиальной) составляющей магнитного поля, создаваемой индуктором у днища кухонной посуды. На фиг. 1 показано распределение тангенциальной (кривая 1) и нормальной (кривая 2) составляющих магнитного поля в относительных единицах по радиусу индуктора при отсутствии кухонной посуды на высоте 1 см от плоскости индуктора (внутренний радиус спирали равен 2 см, внецший - 7,65 см, число витков в спирали равно 25). Из уравнений Максвелла следует, что на границе двух сред тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля терпит разрыв. Величина напряженности магнитного поля на поверхности металла равна поверхностной плотности вихревого тока, представляющей собой интеграл объемной плотности вихревого тока по всей глубине проникновения магнитного поля в металл. В случае спирального индуктора поверхностная плотность вихревого тока в днище кастрюли имеет азимутальную составляющую, замыкающуюся по концентрическим окружностям, причем направление вихревого тока такое, что создаваемое им магнитное поле в днище кухонной посуды имеет обратное Направление относительно внешнего магнитного поля и совпадает с внешним магнитным полем в пространстве между индуктором и кухонной посудой, поскольку оно также носит вихревой характер и его магнитные силовые линии замыкаются через пространство. При проводимости днища кухонной посуды, стремящейся к бесконечности, тангенциальная (радиальная) составляющая напряженности магнитного поля у его поверхности со стороны индуктора увеличивается в два раза 2, - для реальных металлов магнитное поле также увеличивается практически в два раза. Увеличение магнитного поля в месте расположения индуктора при наличии над ним кухонной ПОСУДЫ ВЫЗЫПВТ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ нагрев ВГО ОбМОТОК. В случае тангенциальной СОСТЗВЛЯЮЩВЙ магнитного поля вектор Умова-Пойтинга (плотность потока энергии) направлен внутрь днища кухонной посуды, причем тепловая мощность, выделяемая в кастрюле пропорционально квадрату напряженности магнитного поля. Наличие кухонной посуды из ферромагнитного материала способствует втягиванию магнитного поля в ее днище.Нормальные составляющие вектора магнитной индукции на границе двух сред непрерывны, а нормальная составляющая напряженности магнитного поля в ферромагнитной среде уменьшается в р раз, где а - относительное значение магнитной проницаемости днища кухонной посуды. Поскольку значение а для ферромагнитного материала, из которого выполнена кухонная посуда,при напряженности магнитного поля порядка 104 А/м составляет величину, по крайней мере,превышающую 20, нагревом днища кухонной посуды за счет нормальной составляющей магнитного поля можно пренебречь. В этом случае вектор Умова-Пойтинга направлен вдоль поверхности днища кухонной посуды. Индукционный нагрев кухонной посуды Происходит за счет тангенциальной составляющей магнитного поля при величине ее напряженности 2103-5103 А/м.Отметим еще одну особенность индукторов спирального типа с равномерным шагом намотки. Внутренний радиус намотки спирального индуктора обычно выбирается равным 2 см, поскольку дальнейшее уменьшение его внутреннего диаметра практически не влияет на форму распределения тангенциальной составляющей магнитного поля в плоскости расположения днища кухонной посуды. При внутреннем радиусе намотки спирали 2 см амплитуда тангенциальной составляющей магнитного поля в точках, расположенных по внецшему и внутреннему радиусам спирали на расстоянии 1 см от плоскости индуктора равна 0,606 от максимального значения, что с достаточной степенью точности описывается нормалывьш распределением видах - расстояние от центра спирали до рассматриваемой точки в радиальном направлениихо - расстояние от центра спирали до точки максимума, принятую лежащей на средине щирины намотки спиралио - среднеквадратичное отклонение, в данном случае равное расстоянию от точки максимума до края спирали, т.е. среднеквадратичное отклонение равно половине ширины намотки ин дукгора.Поскольку выделение тепла пропорционально квадрату тангенциальной составляющей магнитного поля, то плотность тепловой энергии по внешнему и внутреннеМУ радиусам индуктора, выделяемая в днище кухонной посуды, составляет величину 0,37 от максимального значения, т.е. уменьшается в е раз. При радиусе окруяшости 3 см плотность тепловой энергии примерно равна 0,63 от максимума.Известна индукционная нагревательная катушка, содержащая спираль из многожильного провода, выполненная в виде, по меньшей мере, трех секций концентрически расположенных одна в другой, причем все секции намотаны в одну сторону, соединены последовательно и имеют шаг намотки внутренних секций, расположенных между крайними внешней и центральной, превышающий шаг намотка/т крайних секций З.Недостатками такого устройства являютсяа) низкое значение собственной индуктивности, обычно не превышающее 70 мкГнб) неоднородность распределения тангенциальной составляющей магнитного поля но радиусу индуктора в плоскости расположения днища кухонной посуды и соответственно тепловой энергии, поскольку в данном случае распределение плотности тепловой энергии по радиусу индуктора в днище кухонной посуды имеет пилообразную форму с максимумами над секциями и минимумами в промежутке между секциями. При этом отношение минимумов к максимумам составляет 30-50.Дополнительным недостатком такого устройства является уменьшение максимального значения тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля в плоскости расположения днища кухонной посуды примерно в 1,5 раза за счет наличия промежутков, - что связано с необходимостью повышения тока через индуктор для достижения заданного уровня тепловой мощности в днище кухонной посуды.Известна катушка индуктивности, содержащая две основные плоские спиральные обмотки,расположенные друг над другом и имеющие в средней части намотки просвет, заполненный изоляционным материалом, под которыми в центральной части расположена еще одна дополнительная спиральная обмотка, причем намотка спиральных обмоток выполнена таким образом, что их внутренние диаметры имеют одинаковую величину, а внешний диаметр дополнительной спиральной обмотки не превышает внутреннего диаметра просвета, заполненного изоляционным материалом 4.Недостатком данного устройства является таюке неравномерность распределения тангенциальной (радиальной) составляющей магнитного поля в радиальном направлении в плоскости расположения днища кухонной посуды и соответственно неравномерность распределения плотности тепловой мощности в днище кухонной посуды.Известны кулинарные электроплиты с индукционным нагревом, содержащие индуктор спирального типа, снабженный экранами, в которых, для уменьшения электромагнитных наводок в окружающем пространстве, плоский экран выполнен из электропроводящего материала, расположен над индуктором и имеет круглое отверстие, превышающее размеры индуктора и расположенное соосно индуктору 5, или экран выполнен из немагнитного электропроводящего материала, например, алюминия, в виде кольца, сечение которого имеет - или образную форму, внутри которого расположен плоский индуктор 6.Недостатком известных устройств является то, что такие экраны уменьшают уровень наводок в окружающем пространстве примерно в два раза, а также имеют значительный нагрев вертикальной стенки кольцевого экрана, обусловленный нормальной составляющей напря 3 КЕЭННОСТИ МЗГНИТНОГО ПОЛЯ, которая направлена параллельно ВВРТИКЭЛЬНОЙ СТНКЕ ЭКРННН.Известна нагревательная катушка, выполненная из многожильного изолированного провода, в которой для уменьшения магнитного потока рассеяния, замыкающегося по виткам, образованным при скрутке проводов, произведение диаметра жилы, измеренного в мм, на число жил в многожильном проводе, и на число скруток. приходящихся на 30 см длины многожильного провода, не должно превышать 70 7.Недостатком известного устройства является наличие значительного магнитного потока рассеяния, который приводит к дополнительному нагреву многожильного провода.Наиболее близким по технической сущности является индуктор для нагрева плоских и криволинейных поверхностей, например, днищ цилиндричесюах сосудов, содержащий, по меньшей мере, две катушки, установленные в одной плоскости концентрично друг другу, включенные встречно между собой, причем каэкцая из них охвачена по всей длине набором У-образных магнитопроводов, выполненных из набора ферромагнитных пластин 8.Недостатком известного устройства является неравномерность нагрева днищ цилиндрических сосудов, обусловленная, в основном, концентрацией магнитного поля между торцами Уобразных магнитопроводов и практически полное отсутствие нагрева части днища, расположенной над центральной частью индуктора, в которой отсутствуют катушки и магнитопроводы.Отличительной особенностью электроплит индукционного типа, в которых применена резонансная схема преобразователя, преобразующая энергия источника питания постоянного или пульсирующего тока в резонансные колебания тока, протекающего через индуктор, является обратная зависимость мощности, развиваемой в индукторе, от частоты. Так, при напряжении источника питания 300 В и собственной индуктивности индуктора 70-100 мкГнмоЩность, развиваемая в индукторе, равна 1,4 кВт при резонансной частоте преобразователя 80 кГц и 2,8 кВт - при 35-40 кГц.Оптимальное значение резонансной частоты преобразователей, применяемых в индукционных электроплитах, равно примерно 22 кГц, когда, с одной стороны, человеческий слух не воспринимает частоту, а с другой - не требуется применения переключающих элементов с высокими частотными характеристиками.Общим недостатком электроплит индукционного типа является то, что вследствие неравномерности нагрева днища кухонной посуды они предназначены для варения и тушения пищи,но не для приготовления, в частности мучных, продуктов питания путем жарения.Задачей изобретения является повышение равномерности нагрева днища кухонной посуды,располагаемой над индуктором.Поставленная задача решается тем, что в индукторе для кухонной индукционной электроплиты, содержащем, по меньшей мере, три цилиндрические катушки, установленные в одной плоскости концентрично друг другу так, что внутренние катушки расположены между внешней и центральной, согласно изобретению все цилиндрические катушки имеют одинаковое направление намотки витков, расстояние между центрами намотки витков соседних катушек в2. раз МЕНЬШЕ ВЫСОТЫ НЗМОТКИ КЗТУШСК, ЧИСЛО ВИТКОВ ЦСНТрЭЛЬНОЙ КЭТУШКИ определяется ИЗ СООТНОШЕНИЯгде под - число витков Центральной катушкиот, - число витков внешней катушки2 - расстояние от верхнего витка намотки катушек до плоскости, в которой расположеноК - средний радиус внешней катушки, определяемый по центру намотки витковгс - средний радиус центральной цилиндрической катушкиа число витков каждой из внутренних катушек определяется из уравненияВ основу предлагаемого устройства положено равенство тангенциальной (радиальной) составляющей магнитного поля, создаваемого цилиндрическими катушками в плоскости, в которой располагается днище кухонной посуды, в частности, в точках над центрами намотки катушек и на половине расстояния между катушками.Ветшчина тангенциальной (радиальной) составляющей магнитного поля кольцевого витка в точках, расположенных непосредственно над осью провода, из которого выполнен виток, на высоте 2 от плоскости витка при отношении величины 2 к радиусу кольцевого витка 1, лежащего в пределах 0,1-1,4 с достаточной степенью точности может быть определена из выражения