电磁炉的工作原理

我是凯迪网站的读者，几乎每天会去其网站浏览网文，那里信息量大，热点传播及时，学科覆盖面也甚为广泛，形式多样，大小事物都会再那里得到反应，我记不得他已开办多少年，反正我觉得它是读者喜闻乐见的网站。

2018年的一天，我看到有网友在网站挂了一篇 《电磁炉是如何传递能量的》文章（见附文），当时没有看到有网友回应，后来看到一些反馈，但好像还没有满足提问者的要求。其实我知道电磁炉的基本工作原理，但实际工作细节不甚了解，所以不便当场回答问题。后来看了一些参考资料，结合自己的理解，我觉得可以在这网上进行科普交流了。顺便一提，如要讲得再透彻一点，是需要循着电原理方框图讲述才能清楚。

我想，按理来说，本文应该刊发凯迪网，但我没掌握要领，贴不上去，就转发我的博客吧！有点对不上那位网友。我准备的文稿是这样的：

啊呵朋友，你好。看到你的这篇文章，我就在家中阅读了那本九阳牌电磁炉说明书，诚如你所说，那说明书是使用说明书，技术上的细节一点也没有。本想添枝加叶，多写一点内容，可惜啦。我就按该说明书犯的一个低级错误作为开头吧，说明书将220伏50周的电源称作为工作电源，错了！准确地提法应该是 “使用电源”。使用电源与工作电源是两个概念，使用电源是指整机所用的电源，电压220伏、频率50赫；工作电源是指特定的机内高频高压工作电源，其频率在超声波频段，20——40千赫，高电压(1000V上下，可惜，这些数据说明书都没有提供)。于是，我可以将电磁炉的工作原理作概述如下：

电磁炉的加热原理是基于电磁感应，基本原理与普通变压器的工作原理一样，由电磁感应产生的涡流加热炉体，这说法没错。但如要说得再具体一点，除强调其原理仍与电磁变压器相同外，必须加上一句：工作频率是不一样的。为了提高加热速度和尽可能地减小器具体积，同时也为了实施在实际使用中的多档位控制，采用变频的办法，将市电频率50赫兹的220伏交流电经过整流变成低压直流电，再触发振荡器产生超声频率（20——40千赫兹）的高频脉动电压（1000伏）。高频脉动电流通过环形线圈（相当于原理上的初级线圈，在这里采取线圈抽头方式，就可获得预设各档位的使用要求），产生无数封闭磁场，磁力线通过导磁物体（铁质锅）的底部（相当于高频变压器的次级），产生无数小涡流，使锅体高速发热，锅内食物受热完成煮熟过程。 电磁炉的发热原理也可以作常规的变压器理解，只是此时的变压器不在50赫兹而是在超声频段工作。这个高频变压器的内部线圈就是变压器初级，而次级则是具有导磁能力的锅体。当内部初级发热线圈盘有脉动电压输出后，必然在次级锅体上产生感应电流，感应电流通过锅体自身的电阻发热（所以锅体本身就是负载），产生热量。用脉动电压替代交变电压，是为了达到更高的效率：当内部初级发热盘有脉动电压输出，若次级及负载（导磁锅体）不存在，则输出功率将非常低。在脉动电压的不动的瞬间，原理上也可说次级没有输出。当然在实际电路中，我们必须要很快的检测到此功率的变化，并将输出到发热线圈盘的脉动电流关断。 由于非导磁性材料不能有效汇聚磁力线，几乎不能形成涡流（就像一个普通变压器如果没有硅钢片铁心，而只有两个绕组是不能有效传送能量的），所以基本上不加热；另外，导电能力特别差的磁性材料由于其电阻率太高，产生的涡流电流也很小，也不能很好传递热量。所以，电磁炉使用的锅体材料必须是导电性能相对较好的铁磁性材料，既导电又导磁，它们是金属或者合金以及它们的复合体。一般采用的锅体大多是：铸铁、生铁、不锈铁。纯不锈铁材料由于其导磁性能非常低，所以在电磁炉上并不能正常工作。

这里再提供一个电磁学上的法拉第电磁感应定律： U=4.44 * F * W * B * S，这是一个简单的倍乘式，公式中U为电压，F为频率，W为线圈的匝数，B是铁芯磁密度，S是铁芯截面积。如果给定U、B、S以一定值，而将工作频率F作大幅度提高，则可大幅度地减少感应线圈的匝数（W）及其线径，从而达到有效地缩小整机体积的目的，实现从实验室到用户的跨越。电磁炉技术的跨越关键是在选择前面所说的工作频率，这可是唯一的选择。如增加匝数W，体积就增加；如提高铁芯磁密度S，即使是顶端的磁材料，这S也是很有限，电压也是一个可变选择，但可供选择变化范围也是有限的；唯有大幅度增加工作频率，才是最优选的方案。设计制造中，如果将电磁炉的机内工作频率提高到30千赫，使用频率从50赫提高到30千赫，提高了600倍，正好是目前市场上畅销的诸多电磁炉的体积尺寸。读者如果有兴趣，可以用给定电源频率50赫， 220伏电压，再给定一个B和一个S，通过计算，就能大致计算到这种电磁炉的体积要做到多大，但是，读者假如有兴趣真的要去计算一下的话，得搞清楚公式里各要素的计算单位，否则结果会使人失望。

附原文——

电磁炉是如何传递能量的

我是好猫2015/9/16  凯迪社区 

电磁炉真是一个奇妙的东西————不见光，却能使得锅具发热，煮熟东西，大大的推动了厨房革命，把太上老君三味真火的传说变成了现实！这还得要感谢西人的发明！现在中国人家家户户估计都有这个东西，因为实在太方便了！电磁炉厂家因此也遍布全国各地。
      虽然都能生产电磁炉，但是电磁炉的工作原理，西人没具体地说这个东西。大学教科书里面更是没有。生产厂家设计师会山寨，也不一定清楚知道工作原理。大家都会说电磁炉是电磁感应原理，线圈交变磁场把铁磁性锅具感应出二次涡流电流，然后就发热了。网上百度一下，电磁炉工作原理大把多答案。不过好像什么也没有说清楚，呵呵。

最诡异的事情是：电磁炉的线圈，如果通上电，旁边不放锅具，那么按照理想电感线圈，是不产生能耗的，也就是不会耗电。为啥铁质锅具一靠近它的线圈，线圈的电能就传递到锅底上了呢？呵呵。
    万能的猫眼，有木有科班出身的、或者行业能人出来讨论下这个能量传递的过程问题。现在不是讲碗中创新吗？有没有料......