CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO DE LA COCINA DE INDUCCIÓN.

Entrega retrasada. Nota: 3

CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO DE LA COCINA DE INDUCCIÓN. Guillen Freddy [email protected] Cordero Adrian [email protected] May 26, 2014

Abstract En el siguiente artículo se responde preguntas acerca de las características y funcionamiento de las cocinas de inducción, su ventaja con respecto a cocinas eléctricas convencionales o de gas, las primeras apariciones en el mercado, construcción, materiales y detalles del sistema de control aplicado.

1 A qué se debe la mayor eciencia en el calentamiento que poseen las cocinas de inducción respecto a las versiones eléctricas convencionales de gas? Las cocinas de inducción poseen un control preciso sobre el calor entregado al recipiente por lo que la eciencia es alta, detecta y calienta directamente el recipiente metálico mediante un campo electromagnético, haciendo que las perdidas de calor disminuyan con respecto al medio ambiente y a la supercie de conctacto lo que resulta en reducir notablemente (60%) el tiempo de coccion de los alimentos. Este tipo de cocina minimiza el riesgo de quemaduras graves e incendios ademas de que la limpieza es mas secilla debido a que los alimentos no se adieren a la supercie.

Por los factores ya nombrados la cocina de

inducción es mejor respecto a otras tecnologías tradicionales como es el caso de cocinas a gas, cocinas halógenas, cocinas microondas, cocinas resistivas, etc. Haciendo de la tecnología de calentamiento inductivo la preferida, utilizada ya en los mercados de Asia y de Europa. [1]. Algunas de las características ya mencionadas se pueden observar en la g. 1, donde se realiza una comparación de las diferentes tecnologías existentes. En el Ecuador esta tecnología reemplazara a las actuales para no depender del GLP (Gas Licuado de Petróleo) como lo ha venido haciendo en las últimas décadas.

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Figure 1:

comparación de las diferentes tecnologías existentes para calen-

tamiento domestico

2 ¾Cuándo fueron reportadas las primeras aplicaciones domésticas de calentamiento inductivo y cuál fue la limitante principal para que no se expandieran en el mercado? El principio utilizado para el calentamiento inductivo fue presentado por Michael Faraday en 1831 debido a sus experimentos con corrientes inducidas, para luego con la llegada de la segunda guerra mundial dar un salto en la tecnología usando generadores de baja frecuencia, procesamiento de metales, generadores de tubos de vacío.

Pero fue en el año de 1970 donde el calentamiento inductivo

se introdujo al campo domestico a cargo de la compañía GE y Westinghouse patentándolo en el país del norte Estados Unidos, sin embargo esta tecnología tuvo un freno con la electrónica de potencia existente y usada en su época debido a su tardía maduración, lo que conllevó a tener una eciencia baja, costos altos, el tamaño de los equipos era voluptuoso por todos estos factores el producto no era atractivo para el mercado. [1] Con el desarrollo de los transistores

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MOSFET (Metal-oxide-semiconductor Field-eect transistor) y los transistores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) se desarrollaron modelos de ollas arroceras de bajo consumo en Japón llegando incluso al mercado Europeo en el año de 1980, desde entonces las cocinas a inducción domesticas han tenido múltiples evoluciones hasta la fecha actual.

3 ¾Cuál es el nombre del alambre utilizado en el bobinado de los inductores? ¾Qué característica principal posee y a qué se debe? El bobinado del inductor en las cocinas a inducción domesticas se suele utilizar alambre multitrenzado de cobre denominado cable litz el cual consta de N hebras de diametro d y se someten a un proceso de trenzado, los parámetros N y d pueden ser denidos para lograr la máxima eciencia de inducción, mientras que el diámetro debe ser inferior a la profundidad de la piel de los campos y el número de hebras está denido por la corriente ecaz de la bobina a la potencia nominal. [1]

4 ¾Para que se utilizan las estrategias de modulación en modo discontinuo? La modulación en modo discontinuo se utiliza con el n de mejorar la eciencia del sistema y es utilizado para el denominado concepto de supercie activa total g.2, que tiene varios inductores debajo de la supercie de vitroceramica permitiendo así al usuario utilizar toda el area para cocinar con una mayor cantidad de recipientes de cualquier forma [3]. Utiliza el Control de Impulso Retardado ( PDC ) que es una estrategia de control para ramas de inversores resonantes alimentados con un solo bus, proporciona un control de potencia de salida a cada uno de los inductores que componen el sistema de supercie activa total. Este sistema tiene dos tipos. El primero se llama modo regenerativo y consiste en tener las ramas de circuitos resonantes conectados en paralelo al mismo lado del bus g.3, y el segundo se llama modo de conducción directa que consiste en tener dos cargas conectadas a dos lados del bus. Como se observa en la g.4, utiliza un solo bus para alimentar varios circuitos resonantes a la vez.

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Figure 2: Cocina de calentamiento inductivo con supercie activa total

Figure 3: Esquema de PDC de modo regenerativo

4 Figure 4: PDC modo de conduccion directa

5 EN QUE CONSISTE LA MODULACIÓN DE DENSIDAD DE PULSO DE BAJA FRECUENCIA? La modulación de la densidad de pulsos de baja frecuencia (LF-PDM) [19] se utiliza para complementar la estrategia de control en aquellas situaciones en las que el control en modo continuo y/o modo discontinuo no pueden alcanzar el rendimiento deseado.

Esta modulación cambia periódicamente la potencia

media en cada intervalo i para cada carga j, PPDM, i, j, pero la potencia de salida media (Po) se asegura para ser la deseada (Fig.5).

Figure 5: modulacion LF-PDM

La Aplicación para cocinar requiere de un control de potencia precisa para lograr satisfacción en el usuario nal[4]. La potencia de salida (Po) para un inductor estándar tiene que variar desde 50 hasta 3000 W las estrategias de modulación del inversor no son capaces de funcionar en la gama completa de energía debido a la eciencia, las normas de compatibilidad electromagnética, y restricciones de rendimiento del usuario por seguridad en general[4]. Como consecuencia, se requiere una adecuada combinación de estrategias de modulación. En los sistemas de baja frecuencia se debe evitar las frecuencias de 20 a 20000 hz para evitar frecuencias audibles al oído humano.[4]

References [1] Oscar Lucia, Jesus Acero, Claudio Carretero and Jose Burdio,  Induction Heating appliances, IEEE Industrial Electronics Magazine pp. 1-11,

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September 2013. [2] J. Acero,

R. Alonso,

J. M. Burdío,

L. A. Barragán,

and D. Puyal,

 Frequency-dependent resistance in Litz-wire planar windings for domestic induction heating appliances, IEEE Trans. Power Electron., vol. 21, no. 4, pp. 856866, 2006. [3] O. Lucía, J. M. Burdío, L. A. Barragán, J. Acero, and C. Carretero,  Series resonant multi-inverter with discontinuous-mode control for improved lightload operation, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 11, pp. 51635171, Nov. 2011. [4] O. Lucía, J. M. Burdío, I. Millán, J. Acero, and D. Puyal,  Load-adaptive control algorithm of halfbridge series resonant inverter for domestic induction heating, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 8, pp. 31063116, Aug. 2009.

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