Univerza v Ljubljani Pedagoška fakulteta. Indukcijska plošča. Špela Jelinčič. Seminarska naloga pri predmetu Didaktika tehnike III

Σχετικά έγγραφα
Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

PONOVITEV SNOVI ZA 4. TEST

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Osnove elektrotehnike uvod

Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

Delovna točka in napajalna vezja bipolarnih tranzistorjev

Transformator. Delovanje transformatorja I. Delovanje transformatorja II

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Tretja vaja iz matematike 1

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 10. december Gregor Dolinar Matematika 1

Električno polje. Na principu električnega polja deluje npr. LCD zaslon, fotokopirni stroj, digitalna vezja, osciloskop, TV,...

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE. Študij. leto: 2011/2012 UNIVERZA V MARIBORU. Skupina: 9

1. Trikotniki hitrosti

Državni izpitni center *M * JESENSKI IZPITNI ROK ELEKTROTEHNIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Četrtek, 27. avgust 2009 SPLOŠNA MATURA

NAVOR NA (TOKO)VODNIK V MAGNETNEM POLJU

Zaporedna in vzporedna feroresonanca

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

Poglavje 7. Poglavje 7. Poglavje 7. Regulacijski sistemi. Regulacijski sistemi. Slika 7. 1: Normirana blokovna shema regulacije EM

+105 C (plošče in trakovi +85 C) -50 C ( C)* * Za temperature pod C se posvetujte z našo tehnično službo. ϑ m *20 *40 +70

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

Državni izpitni center SPOMLADANSKI IZPITNI ROK *M * NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Petek, 12. junij 2015 SPLOŠNA MATURA

8. Diskretni LTI sistemi

matrike A = [a ij ] m,n αa 11 αa 12 αa 1n αa 21 αa 22 αa 2n αa m1 αa m2 αa mn se števanje po komponentah (matriki morata biti enakih dimenzij):

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 12. november Gregor Dolinar Matematika 1

Če je električni tok konstanten (se ne spreminja s časom), poenostavimo enačbo (1) in dobimo enačbo (2):

Državni izpitni center *M * SPOMLADANSKI IZPITNI ROK ELEKTROTEHNIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Četrtek, 29. maj 2008 SPLOŠNA MATURA

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 15. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Vaje: Električni tokovi

5.6 Ostale lastnosti feromagnetnih materialov

Integralni račun. Nedoločeni integral in integracijske metrode. 1. Izračunaj naslednje nedoločene integrale: (a) dx. (b) x 3 +3+x 2 dx, (c) (d)

LASTNOSTI FERITNEGA LONČKA. 330 kω. 3400pF

Državni izpitni center ELEKTROTEHNIKA. Izpitna pola 1. Četrtek, 5. junij 2014 / 90 minut

Stikalni pretvorniki. Seminar: Načrtovanje elektronike za EMC Boštjan Glažar

Frekvenčna analiza neperiodičnih signalov. Analiza signalov prof. France Mihelič

*M * Osnovna in višja raven MATEMATIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Sobota, 4. junij 2011 SPOMLADANSKI IZPITNI ROK. Državni izpitni center

Univerza v Ljubljani Fakulteta za matematiko in fiziko. Seminar. Avtor: Matej Debenc Mentor: dr. Boštjan Golob FMF Somentor: mag. Tomaž Fatur CEU IJS

Stabilizirani usmernik 0-30 V, A

p 1 ENTROPIJSKI ZAKON

Kotne in krožne funkcije

Na pregledni skici napišite/označite ustrezne točke in paraboli. A) 12 B) 8 C) 4 D) 4 E) 8 F) 12

Električni naboj, ki mu pravimo tudi elektrina, označimo s črko Q, enota zanj pa je C (Coulomb-izgovorimo "kulon") ali As (1 C = 1 As).

2. Pri 50 Hz je reaktanca kondenzatorja X C = 120 Ω. Trditev: pri 60 Hz znaša reaktanca tega kondenzatorja X C = 100 Ω.

Vaja: Odbojnostni senzor z optičnimi vlakni. Namen vaje

Električni potencial in električna napetost Ker deluje na električni naboj, ki se nahaja v električnem polju, sila, opravi električno

ŠOLSKI CENTER ZA POŠTO, EKONOMIJO IN TELEKOMUNIKACIJE Celjska 16, 1000 Ljubljana SEMINARSKA NALOGA. ANTENE za začetnike. (kako se odločiti za anteno)

NEPARAMETRIČNI TESTI. pregledovanje tabel hi-kvadrat test. as. dr. Nino RODE

3. Uporaba Biot-Savartovega zakona. Tokovna daljica: Premica: Tokovna zanka:

Logatherm WPL 14 AR T A ++ A + A B C D E F G A B C D E F G. kw kw /2013

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

INDUCIRANA NAPETOST (11)

TEHNOLOGIJA MATERIALOV

Elektrotehnika. Študijsko gradivo za študente Pedagoške fakultete UL. Študijsko leto 2009/2010. Slavko Kocijančič

Tokovi v naravoslovju za 6. razred

13. poglavje: Energija

1. Merjenje toka in napetosti z AVO metrom

MATEMATIČNI IZRAZI V MAFIRA WIKIJU

Univerza v Novi Gorici Fakulteta za znanosti o okolju Okolje (I. stopnja) Meteorologija 2013/2014. Energijska bilanca pregled

13. Jacobijeva metoda za računanje singularnega razcepa

vezani ekstremi funkcij

) produkta toka z vektorjem diferen razdalje v smeri. d - Sila je pravokotna na tokovni element in mag.polje

March 6, tuljava in električna. napetost in. padanjem. Potrebujete. torej 8,8µF. priključen. napetosti. in ustrezen

CM707. GR Οδηγός χρήσης SLO Uporabniški priročnik CR Korisnički priručnik TR Kullanım Kılavuzu

1 Lastna nihanja molekul CO in CO 2 : model na zračni

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

UNIVERZA V LJUBLJANI, FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Katedra za energetsko strojništvo VETRNICA. v 2. v 1 A 2 A 1. Energetski stroji

Stikalni pretvorniki. Seminar: Načrtovanje elektronike za EMC Boštjan Glažar

Kontrolne karte uporabljamo za sprotno spremljanje kakovosti izdelka, ki ga izdelujemo v proizvodnem procesu.

Državni izpitni center ELEKTROTEHNIKA. Izpitna pola

Tabele termodinamskih lastnosti vode in vodne pare

Enačba, v kateri poleg neznane funkcije neodvisnih spremenljivk ter konstant nastopajo tudi njeni odvodi, se imenuje diferencialna enačba.

Meritve. Vprašanja in odgovori za 3. kolokvij GregorNikolić Gregor Nikolić.

0,00275 cm3 = = 0,35 cm = 3,5 mm.

Državni izpitni center SPOMLADANSKI IZPITNI ROK *M * FIZIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Petek, 10. junij 2016 SPLOŠNA MATURA

FS PAP Tehniška fizika Priporočene naloge za vaje v sredo,

OM3 (Obvezni modul 3) ELN, test2 Električne naprave

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

Elektrotehnika in elektronika

ELEKTRONSKA VEZJA. Laboratorijske vaje Pregledal: 6. vaja FM demodulator s PLL

ELEKTRONSKI ELEMENTI (ELE)

Matematika 2. Diferencialne enačbe drugega reda

Merilniki gostote magnetnega polja na osnovi Lorentzove sile

Državni izpitni center ELEKTROTEHNIKA. Izpitna pola. Petek, 31. avgust 2007 / 180 minut

Vzporedne, zaporedne, kombinirane in kompleksne vezave led diod in njihova zanesljivost

USMERNIKI POLVALNI USMERNIK:

Električne lastnosti varikap diode

BREZŽIČNI PRENOS ENERGIJE

SEMINARSKA NALOGA Funkciji sin(x) in cos(x)

Gimnazija Krˇsko. vektorji - naloge

Osnovni pojmi pri obravnavi periodičnih signalov

Računske naloge razl. 1.3 pripravil F. Dimc

ELEKTROMAGNETNA SEVANJA NOVE TEHNOLOGIJE IN ZDRAVJE

Regulacija manjših ventilatorjev

MERITVE LABORATORIJSKE VAJE

ploskovnega toka (Density). Solverji - Magnetostatic

3. VAJA IZ TRDNOSTI. Rešitev: Pomik v referenčnem opisu: u = e y 2 e Pomik v prostorskem opisu: u = ey e. e y,e z = e z.

Transcript:

Univerza v Ljubljani Pedagoška fakulteta Indukcijska plošča Špela Jelinčič Seminarska naloga pri predmetu Didaktika tehnike III Mentor: doc. dr. Janez Jamšek Ljubljana, 2013

Povzetek Seminarska naloga Indukcijska plošča je namenjena učiteljem tehnike v osnovni šoli in vsem, ki jih zanima delovanje indukcijske plošče. Učitelji se seznanijo z indukcijsko ploščo in snov lahko uporabijo kot učno vsebino v 7. razredu. Indukcijska plošča je vse bolj pogosta v gospodinjstvih. Čeprav ima že marsikatero gospodinjstvo indukcijsko ploščo ali se zanjo odloča, le malokdo dobro pozna njeno delovanje. Cilj seminarske naloge je predstaviti funkcijo indukcijske plošče, njeno delovanje in razčlenitev na funkcijske dele. Predstavljeno je tudi območje njenega delovanja ter parametri, ki jo določajo. Predstavljena je zasnova modela naprave, način preizkušanja njene funkcionalnosti ter meritve. V seminarski so podani tudi primeri nalog za preverjanje tehnološke pismenosti. Kazalo Povzetek... 2 Kazalo... 2 1 Navezava na učni načrt... 2 2 Indukcijska plošča... 3 2.1 Funkcija... 3 2.2 Diagram delovanja...3 2.3 Določitev funkcijskih delov... 3 2.3 Območje delovanja naprave in parametri ki ga določajo... 7 3 Zasnova modela naprave/stroja... 8 3.1 Poenostavljen model... 8 3.2 Funkcijski sklop 1... 9 3.3 Funkcijski sklop 2... 9 3.4 Funkcijski sklop 3... 9 3.5 Funkcijski sklop 4... 9 3.6 Način preskušanja funkcionalnosti... 9 3.7 Meritve... 9 4 Mobilizacija znanja... 9 4.1 Naloge za kategorijo znanja tehnološke pismenosti... 9 4.2 Naloge za kategorijo kritično razmišljanje in odločanje... 10 5 Sklep... 11 6 Literatura... 11 7 Priloge... 11 7.1 Animacija... 11 7.2 UP TD... 11 1 Navezava na učni načrt Predmet tehnika in tehnologija v slovenskih šolah učencem prinaša načine, sredstva in organizacijske oblike spreminjanja narave ter učinke nanjo. Opredeljujejo ga štiri področja, ki se pri pouku prepletajo in jih učenci spoznavajo predvsem s svojo dejavnostjo: tehnična sredstva, tehnologija, organizacija dela in ekonomika. Učenci pri pouku spoznavajo in ustvarjalno povezujejo naravoslovna in tehnična znanja s prakso. Imajo možnost razviti svoje sposobnosti in oblikovati nove rešitve [1]. Temo seminarske naloge o indukcijski plošči se lahko obravnava v 7. razredu pri predmetu tehnika in tehnologija. Pri vsebinskemu sklopu električni krog učenci pridobijo znanje o elektriki ter med drugim tudi o elektromagnetni indukciji, kar bi lahko učitelj povezal z indukcijsko ploščo in jim natančno predstavil njene

funkcijske dele in delovanje. S pomočjo indukcijske plošče predstavijo, da se električna energija v porabnikih pretvarja tudi v druge oblike energije [1]. 2 Indukcijska plošča 2.1 Funkcija Indukcijska plošča je moderen električni štedilnik, ki segreje hrano v posodi hitreje kot klasična električna plošča ali plin, pri tem pa porabi manj energije. Če primerjamo steklokeramično in indukcijsko ploščo je res, da obe priključimo na priključno moč 1kW, vendar elektriko plačujemo po porabi energije, ki pa je produkt moči in časa. Vemo pa, da indukcijska plošča porabi skoraj polovico manj časa kot steklokeramična plošča, iz česar sledi, da porabi tudi manj energije. Tudi plinski štedilniki 95 % energijske vrednosti plina pretvorijo v toploto, problem je le v tem, ker le del te toplote preide v lonec (tipično 40-60 %, odvisno od razmerja velikosti gorilnika in lonca), ostala toplota gre v zrak, mimo lonca. Pri indukcijskem kuhališču pa se 90 % porabljene električne energije sprosti v obliki toplote neposredno v dno lonca. Izkoristek indukcijske plošče je torej precej boljši od plinskega štedilnika. Indukcijska plošča deluje po principu magnetnega polja, ki ga inducira električni tok [2]. 2.2 Diagram delovanja Indukcijska plošča deluje na principu magnetnega polja, kot je prikazano na sliki 2.1. V indukcijski plošči je tuljava iz bakrene žice nameščena pod steklokeramično ploščo. Skozi tuljavo teče izmenični električni tok, ki ustvarja izmenično magnetno polje. To magnetno polje inducira električni tok v posodi, ki mora biti iz feromagnetne kovine. Ta tok zaradi električne upornosti povzroči segrevanje posode in posledično vsebino posode, sprošča se tako imenovana Joulova toplota: Q = I R 2 t [3]. Slika 2.1: Diagram delovanja indukcijske plošče. 2.3 Določitev funkcijskih delov Osnovni funkcijski deli za delovanje indukcijske plošče, torej da se ustvari magnetno polje katero inducira električni tok, so (I) steklo-keramična plošča, (II) električna tuljava, (III) ventilator in elektromotor za ventilator, (IV) električno vezje in pa ogrodje, katero povezuje vse dele v celoto. 2.3.1 (I) Steklo-keramična plošča ali kuhalna površina, slika 2.2, je izdelana iz steklo-keramičnega materiala, ki je slab prevodnik toplote, tako da se le malo toplote izgubi skozi dno posode. Toplotna prevodnost stekla je namreč 0,18 1,05 W/mK, keramike 1,06W/mK, kovine pa 40-400 W/mK. Pri normalnem delovanju, ko odstranimo posodo, kuhalna površina ostane dovolj hladna na dotik in se ne moremo opeči. Plošča je tudi enostavna za čiščenje [3]. 3

Slika 2.2: Kuhalna plošča [6]. 2.3.2 (II) Električna tuljava - je sestavljena iz bakrene žice in ima veliko ovojev, v obliki spirale. Večji kot je zunanji premer tuljave, večje je magnetno polje in posledično lahko segrejemo večjo površino oziroma posodo. Induktivnost tuljave, L, je odvisna od števila ovojev in zunanjega premera tuljave. Oziroma induktivnost tuljave izračunamo po enači:, (2.1) kjer pomenijo Dsr središčni premer tuljave, b širino navitja tuljave in N število ovojev bakrene žice, slika 2.3. Slika 2.3: Shematski prikaz tuljave [11]. Bakrena žica, iz katere je tuljava ima različne premere oziroma debelino. Vsaka tuljava ima neko frekvenčno področje, kjer je njeno delovanje optimalno. Od tega je odvisno, kakšne bodo izgube tuljave. Ohmske izgube navitja, kjer se nam lahko pri visokih frekvencah pojavi kožni pojav, kot tudi pojav bližine, kjer zaradi visokih frekvenc sosednji ovoji vplivajo na magnetno polje tako, da motijo s silo magnetnega polja gibajoč električni naboj. Ta dva efekta rasteta s frekvenco. Kožni pojav raste s frekvenco ter večanjem premera žice, pojav bližine pa raste z večanjem frekvence ter manjšanjem premera žice. Žice so različnih debelin zato, ker so tudi tuljave različnih premerov ter moči. Teoretično in praktično pa je ugotovljeno, da dobimo optimalne lastnosti tuljave (nizke izgube, visoko kvaliteto) le pri določenih razmerjih dolžine oz. širine tuljave ter premera žice. Slika 2.4: Prikaz vrtinčnih tokov [13]. Pri indukciji izkoriščamo pojav, ko se zaradi izmeničnega magnetenja v dnu posode pojavijo izgube, ki se manifetirajo kot toplota, ki se sprošča v posodi. Te izgube so načeloma dveh vrst. Histerezne ter vrtinčne. Histerezne izgube se pojavijo zaradi izmeničnega magnetenja, saj magnetna gostota B in magnetna poljska jakost H opisujeta krivuljo, ki ji rečemo histerezna zanka. Ploščina te histerezne zanke, nam določa energijo v Joulih, ki je potrebna za magnetenje v eni periodi magnetenja. Poleg tega se v magnetno prevodnem dnu inducirajo tudi vrtinčni tokovi, slika 2.4. Ti se inducirajo čim bolj je material prevoden, ter čim večji je prerez dna posode. 4

Histerezne izgube feromagnetnega materiala so odvisne zgolj od gostote magnetnega pretoka, zato pri indukciji bolj izkoriščamo vrtinčne izgube, ki so odvisne tako od gostote magnetnega pretoka kot od frekvence, kar bolj izkoriščamo pri indukciji [7, 11]. Tuljava skupaj s posodo tvori neke vrste transformator, zato tok, ki teče skozi tuljavo povzroči nastanek magnetnega polja, zaradi katerega v posodi steče električni tok. Poznamo različne vrste sistemov. Preprosti sistemi imajo eno tuljavo, bolj kompleksni pa 2 ali tudi več, ki so navite ena v drugi, kar povzroči večji električni tok v posodi in posledično, se posoda bolj segreje. Kuhalna plošča lahko sama prepozna premer posode in glede na to aktivira ustrezne tuljave. To ugotovi s tokovnim transformatorjem, ki je vezan na tuljavo. Tako zaznan tok posreduje mikrokontrolerju, ki krmili pretvornik, ter nastavi primerno moč in območje kuhalne površine. Na ta način je kuhanje bolj učinkovito. Poleg tuljave je del inducirnega sistema tudi ozemljen zaslon, slika 2.5, ki preprečuje negativen vpliv magnetnega polja na elektroniko kuhalne plošče. Negativen vpliv je, da bi se v linijah zaradi magnetnega polja pojavil tok, ki bi motil delovanje elektronike. Zaslon ima v svoji sestavi integrirane magnetne ferite, ki usmerjajo magnetno polje na posodo. Torej feromagnetna kovina je precej boljši prevodnik magnetnega pretoka kot zrak, zato nam v bistvu magnetno polje, ki se nekako stresa okrog te tuljave, kanalizira tako, da ne vpliva na elektronske komponente tiskanega vezja, ki bi bile lahko občutljive na magnetno polje. Koliko je neka snov magnetno prevodna nam podaja faktor permeabilnosti µ r. Tem bolj je snov dovzetna za magnetenje, tem večji je faktor permeabilnosti. Permeabilnost se podaja kot zmnožek permeabilnosti praznega prostora vakuuma µ 0 =4 π 10-7 Vs/Am ter relativne permeabilnosti, ki je snovna lastnost. Torej za zrak lahko vzamemo pemrmeabilnost vakuuma, medtem ko je permeabilnost železa 5000 µ 0. Naloga zaslona je tudi, da usmerja magnetno polje proti posodi [3]. Slika 2.5: Tuljava z ozemljenim zaslonom [3]. 2.3.3 (III) Ventilator in elektromotor za ventilator, slika 2.6, ohlaja elektronske komponente na tiskanem vezju ter tuljavo, ki se greje zaradi tokov, da se ne segrejejo preveč. Kaj je preveč je odvisno za posamezno elektronsko komponento posebej. Mikrokrmilniki imajo za običajno uporabo delovno območje med -50 C in 125 C, tranzistor bi dobro deloval pri temperaturi do nekje 85 C, upori, kondenzatorji, elektroliti pa tam do 105 C. Kar je več se jim zmanjša življenjska doba. Je kot nek varnostni element. Ventilator je nameščen direktno na vrteči del motorja. Motor dobi energijo za delovanje iz vezja. Rabi enosmerno napetost, ki jo dobi s stikalnim napajalnikom. DC motor je bolj tih, ima čistejše in hitrejše delovanje, manj prahu, krmiljenje je lažje, manj elektromagnetnega šuma, visoka zanesljivost in ker nima ščetk je manj obrabe. Za zaznavanje temperature se uporablja NTC upor. NTC upor je upor z negativnim temperaturnim koeficientom. Kar pomeni, če se temperatura bakra poviša se NTC uporu zniža upornost. Meritev upornosti poteka tako, da je NTC upor zvezan še s tremi upori v mostič. Vse skupaj je umerjeno na neko temperaturo. Ko se NTC uporu temperatura spremeni, se mu spremeni tudi upornost. To pomeni, da se ravnovesje uporov v mostiču poruši in pride do potencialne razlike v mostiču. Ta napetost je torej posredno odvisna od temperature. V primeru pregretja, je torej potencialna razlika prevelika, previsoka in elektronika poskrbi, da se naprava izključi [3]. 5

Slika 2.6: Ventilator [6]. 2.3.4 (IV) Električno vezje - tiskano vezje, ki upravlja z glavnimi funkcijami: (A) napajanje vezja, (B) filtriranje, (C) vezje z uporabniškim vmesnikom in pa (D) kontrolna vezja [3]. (A) Napajalno močnostno vezje: skrbi za večino funkcij usmerjanje, pretvarjanje enosmerne napetosti v izmenično, visoko frekvenčno, dovod moči visokofrekvenčnim inducirnim napravam.. Usmernik -mostični pretvornik Za delovanje inducirnih naprav potrebujemo visoke frekvence. Saj energijo toplote dobimo, ker feromagnetni posodi spreminjamo magnetno polje in zaradi histereze opravljamo delo. Hitreje, ko izvajamo ta cikel, več dela se opravi in hitreje se feromagnetik greje. Če želimo spremeniti frekvenco iz 50 Hz na 50 khz, moramo najprej usmeriti glavno izmenično napetost skozi diodni mostič. Ta poskrbi, da se izmenična napetost usmeri v enosmerno. To je izvedeno s pomočjo mostičnega usmernika, ki je sestavljen iz diod ter pripadajočega kondenzatorja za glajenje napetosti, kar prikazuje tudi slika 2.7. [3]. Slika 2.7: Shema mostičnega pretvornika [3]. Pretvornik S pretvornikom, slika 2.8, spremenimo DC signal v AC signal s prilagodljivo frekvenco. Pretvornik je sestavljen iz dveh tranzistorjev, dveh kondenzatorjev in dveh diod. Ker je izveden z RLC členom ima določene lastnosti, pri katerih se pri določeni frekvenci inducira maksimalen tok. Če na induktor ne bi pripeljali primernih frekvenc, se posoda ne bi grela. Izgube v jedru so predvsem vrtinčne, ki se pojavijo zato, ker železno dno posode magnetimo, z izmeničnim magnetnim poljem. Te vrtinčni tokovi se čimbolj razvijejo, če je velik presek dna posode oz. so frekvence visoke. S tem, ko spreminjamo frekvenco AC signala, spreminjamo tudi moč, s katero se greje posoda. 6

Slika 2.8: Pretvornik [3]. (B) Vezje za filtriranje. Naprava sama nam povzroča visokofrekvenčne motnje. Da se tem motnjam izognemo oz. jih čim bolj zmanjšamo je pomembno, da električni signal filtriramo. Vir teh motenj je lahko omrežje samo, s svojo popačeno sinusno obliko ter pripadajoče vezje, z raznimi induktivnimi in sevalnimi motnjami. S pravilnim načrtovanjem lahko zmanjšamo visokofrekvenčne komponente napajalne napetosti in diferenčne tokove. S filtrirnim vezjem poskrbimo tudi za prenapetosti in previsoke tokove. Slika 2.9 prikazuje shemo vezave za filtriranje. Pred kratkimi stiki napravo ščiti varovalka. V vezje je dodan kondenzator, ki skupaj s feritnim obročem gladi napetost in kompenzira motnje in duši visokofrekvenčne komponente. Varistor nam vezje ščiti pred prenapetostmi, poleg tega pa imamo izvedeno še ozemljitev za izločitev preostalih visokofrekvenčnih motenj [3]. Slika 2.9: Shema vezave za filtriranje [3]. (C) Vezje z uporabniškim vmesnikom. S pomočjo uporabniškega vmesnika uporabnik krmili vire moči. Uporabnik s tem regulira moč in posledično temperaturo, s katero kuha. Od moči je odvisen tudi čas kuhanja in priprava hrane. (D) Kontrolno vezje z mikrokontrolerjem. Temperaturni senzor je NTC upor. Njegova naloga je, da zazna morebitno pregretje posode (to se lahko zgodi predvsem v primeru, ko je posoda prazna, saj se toplota ne odvaja tako hitro). V primeru pregretja (nerjaveče jeklo ima temperaturo taljenja približno 1500 C) kontrolna enota poskrbi za izklop kuhalnika 240 C, dokler temperatura ne doseže normalnih vrednosti. 2.3 Območje delovanja naprave in parametri ki ga določajo Indukcijske plošče se uporabljajo tako v gospodinjstvih kot v profesionalnih kuhinjah. Razpon moči indukcijskih plošč sega od 1400 W za manjše tuljave (premera ~12 cm) do 3000 W za večje tuljave (premera 26 cm). Pri nekaterih ploščah lahko z uporabo posebne funkcije»booster«moč povišamo tudi na 3600W, kar nam omogoča, da hitro skuhamo večje količine hrane. Izkoristek toplote je pri indukcijskih ploščah 95%, pri ostalih kuhalnikih pa do 60% [3]. Če bi bile moči premajhne, se hrana ne bi skuhala (pri tem je pomembna tudi hitrost kuhanja), če pa bi bile previsoke, bi se posoda lahko prežgala, kar bi povzročilo škodo in nevarnost za nastanek požara [8]. Različni velikosti kuhalnih površin nam omogočajo, da lahko učinkovito segrevamo hrano v posodah različnih velikostih in pri tem prihranimo energijo. Premeri kuhalnih površin segajo od 5 cm do 26 cm. Velikosti kuhalnih površin so prilagojene velikostim posod. Premeri posod so standardizirani in temu primerne morajo biti tudi kuhalne površine [4]. Kuhanje na indukcijski plošči ni možno v katerikoli posodi. Posoda mora imeti feromagnetno dno, ker so feromagnetiki dobri prevodniki magnetnega polja, da se lahko inducira električni tok, ki zaradi električne upornosti segreje posodo. Nekatere posode so iz naravnih magnetnih kovin, nekatere pa imajo premazano tanko plast magnetne kovine. Prav tako mora imeti popolnoma ravno dno, saj jakost magnetnega polja z razdaljo zelo 7

hitro pada. To lahko izračunamo po Biot-Savartovemu zakonu in sicer z enačbo:, (2.2) kjer je B gostota magnetnega polja, µ 0 indukcijska konstanta, I električni tok, dl vektor majhnega premika po vodniku v smeri toka in R krajevni vektor. Enačba pove kolikšno gostoto magnetnega polja ustvari enosmerni električni tok v neki točki (v praznem prostoru), ki jo določa krajevni vektor R. Najboljši izkoristek indukcije dobimo s posodami premera od 12 cm do 26 cm. Posoda mora imeti premer velik vsaj 5 cm, da bo indukcijska plošča sploh zaznala posodo, saj manjšega premera ne zazna [4]. Nekaj toplote, ki se ustvari z indukcijo v feromagnetni posodi, se izgubi v okolico. Toplota namreč teče iz telesa iz visoke temperature na telo z nižjo temperaturo. 3 Zasnova modela naprave/stroja Vsako napravo se lahko inducira tudi na poenostavljen model, kateri prikazuje glavne, pomembne sklope delovanja naše izvorne naprave. 3.1 Poenostavljen model Vzamemo napetostni vir, nanj priklopimo preprosto tuljavo ter zraven damo kos kovine, ki je prevodna in magnetna. Električni tok, ki v tuljavi steče zaradi razlike v napetostnem potencialu, ustvari magnetno polje, ki v feromagnetni kovini inducira električno napetost. Zaradi izmeničnega magnetenja se ustvarjajo izgube v dnu posode, kar se izrazi s tem, da se dno greje, kar shematsko prikazuje tudi slika 3.1. Slika 3.1: Shema delovanja [12]. Za osnovno delovanje indukcijske plošče, si poglejmo sliko 3.2, kjer številke po korakih prikažejo potrebne funkcijske sklope. Slika 3.2: Delovanje indukcijske plošče [9]. 8

3.2 Funkcijski sklop 1 napetostni vir Napetostni vir pošlje tok skozi tuljavo in tuljava ustvari elektromagnetno polje [9]. 3.3 Funkcijski sklop 2 tuljava Elektromagnetno polje inducira električni tok v feromagnetni posodi in jo preko električne upornosti segreva [9]. 3.4 Funkcijski sklop 3 feromagnetna posoda Toplota se prenese na vsebino posode [9]. 3.5 Funkcijski sklop 4 - izklop Ko se posoda odstrani iz plošče, ni več v magnetnem polju in skozi njo ne teče več električni tok, ki bi jo segreval [9]. 3.6 Način preskušanja funkcionalnosti Funkcionalnost modela bi preizkusili tako, da bi k napravi pristavili kovinski (feromagnetni) del in če bi se le ta segrel, je naša naprava funkcionalna oziroma na ta kovinski del bi dali posodo z vodo, katere bi se morala segreti, da bi bila naprava funkcionalna [3]. Ploščo vključiš ter nanjo postaviš posodo primerne velikosti (posoda se prilega kuhalnemu polju). V posodi je voda, katero želimo zavreti. Če voda zavre hitro in pri tem porabimo malo energije, je naprava funkcionalna. 3.7 Meritve Model odstopa od izvornika pri tem, da nima nobene elektronike, katera filtrira, usmerja, pretvarja enosmerne napetosti v visoko frekvenčno izmenično napetost, dovaja moč visokofrekvenčnim inducirnim napravam. Nima niti vmesnika, s katerim bi krmilili vire moči in s tem določili segrevano temperaturo. Ker nima električnih komponent, ne potrebuje niti ventilatorja, ki bi le te tudi ohlajal, tako kot jih pri izvorniku. Je le preprost model, ki s pomočjo magnetnega polja segreva kos kovine, to bi lahko bila posoda, v kateri bi segrevali vsebino. 4 Mobilizacija znanja 4.1 Naloge za kategorijo znanja tehnološke pismenosti 1. Kaj je funkcija tuljave? a) Inducira električni tok. b) Ustvari magnetno polje. c) Segreje indukcijsko ploščo. d) Ustvari električni tok. 2. Kakšna mora biti posoda za učinkovito delovanje indukcijskega štedilnika? a) Kovinska. b) Feromagnetna. c) Aluminijasta. d) Bakrena. 3. Za kaj potrebujemo usmernik? a) Za spremembo visokih frekvenc v nizke. b) Za spremembo nizkih frekvenc v visoke. c) Za spremembo frekvence. d) Za uravnavanje frekvence. 4. Tok povzroči segrevanje posode zaradi električne. a) napetosti 9

b) upornosti. c) prevodnosti d) energije 5. Kaj je naloga ozemljenega zaslona? a) Preprečuje preveliko segrevanje električne tuljave. b) Preprečuje negativen vpliv magnetnega polja na elektroniko. c) Usmerja magnetno polje proti posodi. d) Preprečuje negativen vpliv električne napetosti na tuljavo. 4.2 Naloge za kategorijo kritično razmišljanje in odločanje. 1. Petra želi skuhati eno jajce. Kako veliko posodo naj vzame (kolikšnega premera), da bo indukcijska plošča zaznala posodo in delovala ter da bo obenem varčevala pri vodi, katero potrebuje za kuho? a) 12 cm, ker 1) je to najmanjša dimenzija posode. b) 5 cm, ker 2) velike posode pokrijejo celotno ogrevano površino. c) 8 cm, ker 3) indukcija manjše posode ne zazna. d) 7 cm, ker 4) dobimo dober izkoristek. e) 4 cm, ker 5) porabimo najmanj električne energije. 2. Peter želi izdelati model indukcijske plošče. Kakšno ploščo oz. kuhalno površino naj uporabi, da bo le ta delovala? a) Aluminijasto. 1) Je slab prevodnik toplote. b) Kovinsko. 2) Se ne opečemo. c) Keramično. 3) Je enostavna za čiščenje. d) Iz akrilnega stekla. 4) Se izgubi malo toplote. e) Steklo-keramično. 5) Dobro prevaja magnetno polje 10

3. Angelca kuha na indukcijski plošči. Kakšno posodo potrebuje, da bo indukcijska plošča delovala? a) Aluminijasto 1) ker se inducira magnetno polje. b) Kovinsko 2) ker se inducira električni tok. c) Elektromagnetno 3) da se ustvari toplota. d) Lončeno 4) ker se inducira elektromagnetno polje. e) Z ravnim dnom 5) ker se ustvari električna upornost. 5 Sklep Indukcijska plošča se v zadnjih letih vse bolj izpopolnjuje in zato tudi množično uporablja. Slabost le te je ta, da je potrebno kupiti feromagnetno posodo, saj običajna posoda na indukcijski plošči ne deluje. Skozi seminarsko nalogo tako spoznamo njeno delovanje, funkcijske dele in območje delovanja. Vidimo, da s pomočjo indukcijske plošče veliko hitreje pripravimo hrano, kar bo v prihodnje postalo nepogrešljivo za naše vsakdanje življenje, saj imamo čedalje hitrejši tempo življenja. 6 Literatura [1] A. Praprotnik in ostali, Učni načrt Tehnika in tehnologija (Ljubljana, Ministrstvo za šolstvo znanost in šport, Zavod RS za šolstvo, 2002). [2] R. Chen, J. Huang and V. Cal, Indukcijski Štedilnik [http://www.cypress.com/?docid=35964]. [3] Indukcijska plošča [http://sebire.philippe.free.fr/thermor_eng-1.pdf]. [4] Opis in lastnosti indukcijske plošče [http://gmcw.com/docs/ic18%2022%2025a.pdf]. [5] Uporaba prave posode [http://www.gorenje.si/gospodinjski_aparati/kuhalni_aparati/kuhalisca/lastnosti_kuhalisc/uporaba_prave_pos ode]. [6] Indukcijsko kuhanje [http://en.wikipedia.org/wiki/induction_cooking]. [7] Prednosti kuhanja z indukcijskim kuhalnikom [http://www.royalprestige.com/documents/english/inductioncooktop_manual_eng.pdf]. [8] Montaža in deli keramične plošče [http://www.gobookee.org/get_book.php?u=ahr0cdovl3d3dy5hchbsawfuy2vmywn0b3j5cgfydhmu Y29tL2NvbnRlbnQvcGRmcy8xMjY3MjQtOC5wZGYKQ2VyYW1pYyBHbGFzcyBJbmR1Y3Rpb24gQ29 va3rvccbtrvjwsunfie1btlvbta==]. [9] Metoda indukcije [http://www.mncgloble.com/other-files/induction-stoves.pdf]. [10] Načela indukcijskega ogrevanja [http://www.gh-ia.com/pdf/gh-ia-induction-heating-guide.pdf]. [11] Tuljave [http://lms.fe.uni-lj.si/amon/literatura/ek/ek5-tuljave.pdf]. [12] Indukcija [http://www.bbemg.ulg.ac.be/en/general-information/electric-magnetic-fields/uses-ofelectricity.html]. [13] Vrtinčni tokovi [http://www.pecscan.ca/basicspecpro.html]. 7 Priloge 7.1 Animacija Delovanje naprave in preskus funkcionalnosti prikažite v Microsoftovem power point programskem orodju. 7.2 UP TD Za ocene 9 in 10. 11