Ajuste de calor en la estufa eléctrica

La potencia de la placa se controla normalmente mediante un controlador de ciclo de trabajo termomecánico.

Figura 1. Parte de un regulador de potencia de placa.

Hay tres partes en el control.

1. Un pequeño elemento calefactor que se enciende con la placa.
2. Un contacto de interruptor que contiene una tira bimetálica. Está diseñado para alternar repentinamente a una determinada temperatura para cerrar o abrir rápidamente el contacto y evitar chispas.
3. Un mecanismo de ajuste accionado por la perilla. Esto modifica la temperatura a la que se alternará el interruptor.

Operación normal:

• Al encender la placa está fría y la tira bimetálica también. El contacto está cerrado. La energía fluye hacia la encimera y el calentador.
• Después de aproximadamente 20 s, el calentador ha calentado el contacto lo suficiente como para cambiar el interruptor. Se abre, se quita la corriente de la placa y del calentador de contacto. Ambos se enfrían.
• Después de otro retraso, la tira bimetálica volverá a cerrar el contacto y el ciclo se repetirá.

Este tipo de control es un control de encendido y apagado con ciclo de trabajo ajustable (el porcentaje de tiempo que la energía está encendida). Funciona bien para una cocina, ya que la masa térmica de la placa, las ollas y las sartenes es generalmente lo suficientemente alta como para que una ráfaga de calor de 10 s no provoque una fluctuación demasiado rápida en la temperatura.

¡Tenga en cuenta que este tipo de control no tiene idea de lo que realmente hay en la placa o incluso si la placa está conectada! No controla la temperatura de la olla , solo la potencia alimentada a la placa, y en realidad es solo un temporizador de ciclo de trabajo ajustable. Entonces, para una configuración determinada, una olla pequeña se calentará mucho más que una sartén ancha que pueda irradiar el calor. El ajuste de potencia lo determina el cocinero según su experiencia.

Pero para cambiar el calor si la estufa debe tener una resistencia variable, ¿por qué la resistencia variable no se calienta mucho cuando bajas el calor?

Tienes razón en que una resistencia variable se calentaría mucho. A media potencia, estaría disipando tanta potencia como la propia placa. El control de encendido y apagado es mucho más eficiente y apenas consume energía.

Tenga en cuenta que esta técnica de pulso se puede utilizar a muy alta frecuencia para atenuar las luces o controlar la velocidad de un motor. En tales aplicaciones nos referimos a ella como modulación de ancho de pulso. La frecuencia de los pulsos se elige, por ejemplo, para que en el caso de una iluminación no haya un parpadeo visible o, en el caso de un motor, que no provoque vibraciones.

Figura 2. Una señal PWM que da 80 % de potencia, 20 %, 80 % y cero potencia.

Tira bimetálica

Figura 3. Una tira bimetálica consta de dos metales diferentes de diferente coeficiente de expansión unidos entre sí. A medida que aumenta la temperatura, la tira se volverá convexa en el lado con el metal de mayor tasa de expansión.

Termostatos de horno

Figura 4. El termostato del horno tiene un bulbo remoto lleno de líquido y un tubo capilar. La expansión del fluido en el bulbo impulsa el fluido hacia el termostato donde un fuelle acciona el contacto. Al girar la perilla, se ajusta la distancia del contacto desde el actuador y, por lo tanto, la temperatura a la que se abre.

Ajustes de potencia escalonados simples

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 5. Al usar elementos con relaciones de potencia de aproximadamente 1:2:4, se puede usar un interruptor multipolar para crear un patrón binario para generar siete configuraciones de potencia (y apagado).

Agregando a la excelente respuesta de Transistor: también hay calentadores hechos de una selección de resistencias de diferente potencia que se encienden mediante un interruptor giratorio. En este caso, la posición de la perilla no puede variar continuamente, pero solo puede cambiarse en pasos discretos. Por supuesto, este es un concepto y una configuración mucho más simples que el sistema de control continuo que usa un termostato ajustable implementado como Transistor ya se describió.

Probablemente use un elemento bimetálico. La perilla está haciendo un ajuste de eso.

Esencialmente, hay 2 elementos metálicos diferentes que se expanden y contraen de manera diferente entre sí con el cambio de temperatura, por lo que en este caso, cuando se calientan, se hacen o se rompen a una temperatura determinada.

También podría ser un reóstato o un triac, pero parece ser la forma más antigua de hacer las cosas.

Editar: También hay otras formas.

La mayoría de las estufas eléctricas que he usado usan un conjunto de elementos calefactores para tres de las cuatro placas calefactoras.

El principio se explica más fácilmente mediante un conjunto de dos resistencias de 1Ω cada una. Ponlos en serie, obtienes 2Ω. Usa solo uno, obtienes 1Ω. Ponlos en paralelo, obtienes 0.5Ω.

En la práctica, se utilizan más elementos calefactores por placa, generalmente suficientes para brindarle al menos 6 configuraciones diferentes.

Una configuración común para estufas eléctricas es tres placas de potencia constante como se describe arriba y una placa regulada por termostato.