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आधुनिक इंडक्शन कुकटॉप्स

इंडक्शन कुकिंग ने विद्युत ताप तत्वों के माध्यम से ताप ऊर्जा को पैन/बर्तन के तल तक स्थानांतरित करके पारंपरिक हीटिंग का स्थान ले लिया है। यह बर्तन के तल के भीतर प्रसारित प्रेरित धाराओं के सिद्धांत के आधार पर संचालित होता है। इंडक्शन कुकटॉप के ठीक से काम करने के लिए, बर्तन का तल भौतिक रूप से कुंडल के करीब होना चाहिए, और केवल कुछ धातुएँ उपयुक्त हैं - उच्च चुंबकीय पारगम्यता वाली।

सिद्धांत आम बिजली ट्रांसफार्मर के समान है, जिसमें कुंडल प्राथमिक है और बर्तन का तल द्वितीयक है। इसमें आधुनिक इंडक्शन चार्जिंग तकनीक के साथ भी कई समानताएं हैं।

बर्तन को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा निचली परत में घूमने वाली भंवर धाराओं से या, अधिक विशेष रूप से, इन धारा प्रवाहों द्वारा प्रस्तुत प्रतिरोध से आती है। आगमनात्मक युग्मन के माध्यम से, लगभग 90% ऊर्जा बर्तन में गर्मी उत्पन्न करने के लिए स्थानांतरित की जाती है। एक सामान्य चिकना ग्लास-टॉप स्टोव केवल लगभग 70% ऊर्जा संचारित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप नुकसान में तीन गुना कमी आती है।

उपयोग की जाने वाली टोपोलॉजी वेल्डिंग सर्किट से बहुत अलग नहीं है। मुख्य एसी पावर को ठीक किया जाता है और इन्वर्टर और नियंत्रक के लिए एक छोटी सहायक बिजली आपूर्ति संचालित की जाती है। इन्वर्टर तांबे के कॉइल में करंट को प्रेरित करता है, जिससे एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनता है जो बर्तन में एड़ी धाराओं को प्रेरित करता है। उत्पन्न ऊष्मा बर्तन के तल के प्रतिरोध को प्रेरित धारा के वर्ग से गुणा करने के बराबर होती है - जिसे "जूल प्रभाव" के रूप में जाना जाता है।

चित्र 5: एक विशिष्ट इंडक्शन कुकटॉप सर्किट का अवलोकन

वेल्डिंग मशीनों के विपरीत, इंडक्शन कुकटॉप्स के लिए नियंत्रण योजना आम तौर पर एक आवृत्ति भिन्नता योजना होती है। हालांकि यह एक सरल विधि है, चुनौती एक विस्तृत श्रृंखला में आउटपुट पावर के लिए आवश्यक आवृत्ति रेंज को नियंत्रित करने में है।

इंडक्शन कुकटॉप्स के लिए आवश्यक उच्च आवृत्तियों पर भी, अनुनाद कनवर्टर सर्किट उच्च दक्षता के साथ काम कर सकते हैं। इसलिए, इस एप्लिकेशन के लिए आमतौर पर रेज़ोनेंट सर्किट कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से रेज़ोनेंट हाफ-ब्रिज (आरएचबी) कन्वर्टर्स और अर्ध-रेज़ोनेंट (क्यूआर) इनवर्टर। आरएचबी कन्वर्टर्स को विशेष रूप से भार की एक विस्तृत श्रृंखला को संभालने की उनकी क्षमता के कारण पसंद किया जाता है। उन्नत नियंत्रण तकनीकें जैसे शून्य-वर्तमान स्विचिंग (जेडसीएस) या शून्य-वोल्टेज स्विचिंग (जेडवीएस) आमतौर पर बिजली के नुकसान को न्यूनतम रखने के लिए नियोजित की जाती हैं।

चित्र 6: आरएचबी और क्यूआर टोपोलॉजी के विशिष्ट उदाहरण

इस टोपोलॉजी की लागत-प्रभावशीलता के कारण, क्यूआर कन्वर्टर्स का उपयोग अक्सर कम-शक्ति (2W पीक पावर से नीचे) इंडक्शन कुकटॉप अनुप्रयोगों में किया जाता है।

सोलर इनवर्टर और यूपीएस

तेज़ स्विचिंग की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में हाफ-ब्रिज टोपोलॉजी का उपयोग करते समय, कई चुनौतियाँ होती हैं, जिनमें शामिल हैं:

- केवल दो आउटपुट वोल्टेज प्राप्त किए जा सकते हैं

- स्विचिंग हानियाँ महत्वपूर्ण हो सकती हैं

- बड़े गेटों पर गाड़ी चलाना चुनौतीपूर्ण हो सकता है

- घटक तनाव विश्वसनीयता को प्रभावित करता है

- बढ़ी हुई तरंग धारा और ईएमआई के लिए व्यापक फ़िल्टरिंग की आवश्यकता होती है

- हाई-वोल्टेज डीसी बस के साथ असंगत

- थर्मल डिज़ाइन मामूली नहीं है

आधुनिक अनुप्रयोगों में, एचबी टोपोलॉजी को निर्बाध विद्युत आपूर्ति (यूपीएस) और सौर फोटोवोल्टिक (पीवी) इनवर्टर जैसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। तीन-स्तरीय टोपोलॉजी प्रमुख होती जा रही हैं, जिन्हें आई-टाइप और टी-टाइप के नाम से जाना जाता है।

ऐसे कई पहलू हैं जिनमें सुधार की आवश्यकता है, जिसमें घाटे को कम करने के लिए सक्रिय उपकरणों में वोल्टेज को कम करना, हार्मोनिक विरूपण को कम करना और छोटे घटकों के उपयोग की अनुमति देना शामिल है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि ये टोपोलॉजी 98 किलोहर्ट्ज़ से 16 किलोहर्ट्ज़ तक की उच्च आवृत्तियों पर स्विच करने पर 40% तक दक्षता प्राप्त करके स्विचिंग घाटे को काफी कम कर सकती हैं।

चित्र 7: आई-टाइप और टी-टाइप कन्वर्टर टोपोलॉजी में एचबी की तुलना में कई फायदे हैं

भविष्य पर विचार करते हुए

हालाँकि कुछ लोग IGBT तकनीक को "पारंपरिक" मानते हैं, फिर भी यह उच्च-शक्ति (उच्च वोल्टेज/करंट) अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। IGBT तकनीक का निरंतर विकास हो रहा है, Vcesat मान 1V के करीब पहुँच रहे हैं, और संरचनात्मक सुधारों से घनत्व बढ़ रहा है और हानियाँ कम हो रही हैं।

हमेशा की तरह, आईजीबीटी का उपयोग करते समय, डिजाइनरों को अपने अनुप्रयोग आवश्यकताओं की पूरी समझ होनी चाहिए और इष्टतम परिणाम और प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त टोपोलॉजी का चयन करना चाहिए।