Как работает микроволновка просто

Как работает микроволновка — принцип работы СВЧ и магнетрона

Микроволновая печь, более известная как микроволновка – полезный кухонный прибор, который в разы упрощает повседневную жизнь. Имея ее в своем арсенале, не придется подолгу возиться на кухне, подогревая пищу. Микроволновую печь еще называют СВЧ-печью.

Задача этого бытового электроприбора – быстрое приготовление или быстрый подогрев приготовленной пищи, размораживание продуктов. Если сравнивать с классической печью, например, духовкой, микроволновка разогревает продукты не с поверхности, а по всему объему.

Микроволны, глубоко проникая практически в любую пищу, в разы сокращают время разогрева. В статье пойдет речь о принципе работы и устройстве этой техники, незаменимой на кухне.

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы разобраться с этим, необходимо немного вводных данных. Большинство продуктов питания в своем составе содержат следующие вещества: соли, жиры, сахар, воду. Чтобы микроволны «работали», то есть грели пищу, в продуктах должны быть дипольные молекулы.

С одной стороны у них положительный электрический заряд, с другой – отрицательный. В пище этих молекул достаточно – это жиры и сахар, но главный диполь – молекула воды.

В овощах, мясе, фруктах и рыбе содержится большое число дипольных молекул, количество которых достигает миллионов. Если электрического поля нет, молекулы располагаются в хаотическом порядке.

При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.

Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.

В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.

Схема СВЧ печи

Наглядным примером послужит модель микроволновки Samsung RE290D. Принципиальная электрическая схема поможет понять, как работают печи от любых производителей. Отличаться они могут разве что специфическими модификациями. Сама схема представлена на фото.

В левой части заметно, что заземляющий контакт вилки соединяется с корпусом, а тот подключен от средней точки конденсаторной развязки фильтра, снижающего помехи высокочастотного излучения.

В области входа питания находится предохранитель плавного типа – FU1. Для проверки его состояния пользуются электрическими методами – прозванивают цепь мультиметром, работающим в режиме омметра.

Чтобы магнетрон – источник излучения, начал «работать», контакты исправности дверцы размыкаются, а все остальные – замыкаются. Если их отключить, причем любой, то с высоковольтного трансформатора снимется питающее напряжение.

В схеме есть термические предохранители-датчики (2 шт.), которые, в зависимости от температуры корпуса магнетрона и рабочей камеры, размыкаются и замыкаются. У первого – периодическая работа. Он защищает магнетрон от перегрева. Второй срабатывает, если неисправен вентилятор или засорились вентиляционные отверстия.

Контакт страхующего реле обеспечивает подключение электродвигателей таймера и охлаждающего вентилятора. Если предохранитель «Monitor Fuse» перегорит, обмотка реле выходит из строя.

Переключатель, отвечающий за выбор мощности, находится на таймере. Он, следуя алгоритмам, снимает напряжение со схемы магнетрона.

Его задача – ограничение импульса, вызванного разрядом конденсатора (он может получить заряд до того, как включится). Это обеспечивает плавный запуск микроволновой печи.

Силовая схема этой печи от Самсунг проста для тех, кто в этом разбирается. Главное различие в СВЧ-печах – электронные блоки, с разной конструкцией и функциональными возможностями.

Устройство микроволновки

Внутри микроволновки есть несколько обязательных деталей, поэтому не лишним будет знать, какова их роль. Внутреннее строение имеет следующую конструкцию: металлическая камера, в которой происходит нагрев пищи и дверца, предотвращающая выход излучения наружу.

Чтобы продукты питания разогревались равномернее, для этого в камере предусмотрен вращающийся столик, работающий от мото-редуктора (мотора). Но есть и другие ответственные детали.

Блок управления

Панель управления бывает:

Блок управления поддерживает заданную мощность и выключает устройство по истечении заданного времени.

Внутри электронного блока – микроЭВМ с богатым потенциалом, поэтому в ходе производства печей ему находят другое применение. Например, встраивают часы или отрывки мелодий, которые сигнализируют об окончании работы.

Сама схема устроена по-разному. Простейшая представляет собой круговые регуляторы, один из которых – таймер. Бывает и гибридная система – с кнопками. Она, по сравнению с «механикой» более функциональна.

Все чаще встречается блок управления в виде сенсорной панели. Принципом работы она аналогична механическим кнопкам, только надежнее. Продвинутые схемы поддерживают «программирование» — настраивается мощность и время выдачи излучения.

Читаем дальше:  Что есть у плиты чего нет у платформы

Блок генерации СВЧ излучения

Это «сердце» микроволновой печи. Выглядит элемент как вакуумная лампа, которую можно было встретить в старых кинескопных телевизорах.

Блок генерации включает не единственный СВЧ-источник. Чтобы волны поступали в рабочую зону печи, в ней предусмотрены волноводы. Расположены они за слюдяной пластиной, которая «прячется» за боковой стенкой.

Системы основной и вторичной защиты

Контрольные датчики следят за тем, чтобы ключевые электронные и аппаратные части работали исправно, а не в аварийном режиме. Их функция – обеспечение безаварийной работы микроволновой печи и предотвращение опасных сбоев.

Чтобы защитить человека от воздействия микроволн, в СВЧ-печах есть запорный механизм, состоящих из нескольких выключателей:

  • Primary Switch;
  • Secondary Switch;
  • Door Switch;
  • Monitor Switch.

Задача дверного (door) выключателя – блокировать работу реле регулировки мощности. Устанавливается он преимущественно в технике с электронным блоком управления.

Функции микроволновки

Микроволновую печь большинство используют просто для нагрева пищи. Но эта техника способна на большее. С ее помощью можно даже готовить шашлык, курицу-гриль, выпекать картошку и так далее.

Единственное, режим «гриль» требует мощности в 1500 Вт, значит света «тянуть» печь будет немало. Да и магнетрон – блок, генерирующий излучение, не вечен.

Поэтому, чем реже пользоваться печью, тем дольше она прослужит. Сейчас редко кто полностью отказывается от традиционных плит в пользу микроволновок.

Перечь функций, доступных в СВЧ-печах и их назначение:

  • подвижный гриль. Позволяет менять угол наклона. Те, кто предпочитает курицу-гриль, выбирают печи с этой функцией;
  • конвекция. Обдув продуктов питания горячим воздухом. Как заявляют производители, эта функция предназначена для выпекания. Правда, модели печей с нею дорогие, тяжелые и громоздкие. Неудивительно, так как сзади техники ставится немаленький вентилятор, нагнетающий воздух;
  • биопокрытие. Иначе – керамическое покрытие, хотя производители именуют их по-разному. Его преимущества: стойкость, прочность, биологическая инертность (микробы не будут размножаться внутри печи, даже если долго ее не мыть). Чем дороже модель микроволновки, тем «навороченней» в ней покрытие;
  • автоприготовление. Это функция, встречающаяся в технике компании LG. Есть программы, полностью автоматизированные, предназначенные для готовки определенного блюда. К примеру, готовится каша. С этим режимом остается только выбрать вес продукта, а мощность и время зададутся автоматически;
  • размораживание. Все просто – печь работает на минимальной мощности, необходимой для разморозки продуктов;
  • Intellowave. Система, позволяющая равномерно прогреть еду, например, большой кусок мяса. Встроенные датчики «наблюдают» за отдельными участками продукта, определяя температуру поверхности и регулируя мощность;
  • подача пара. Дополнительная возможность, предотвращающая пересушивание пищи в ходе приготовления;
  • проветривание рабочей камеры. Полезно, если хочется, чтобы новое блюдо не пропиталось оставшимися запахами.

Что такое магнетрон

Магнетрон в микроволновке – это элемент, генерирующий высокочастотное излучение в рабочей камере. Излучаемые электромагнитные волны воздействуют на молекулы, содержащиеся в пище, из-за чего она разогревается. То есть для подогрева не требуется внешнее тепловое воздействие.

Именно по этой причине температура в микроволновках не превышает отметку в +100 градусов Цельсия. Магнетрон – основная деталь, которая иногда выходит из строя. Ее можно заменить на новую, но для этого учитывается полная совместимость по мощности, частоте, расположению клемм.

Принцип работы магнетрона

Микроволновая печь работает так: она преобразует электроэнергию в высокочастотное электромагнитное излучение. В результате, молекулы воды, содержащиеся в пище, начинают «двигаться», что приводит к разогреву. Устройство, генерирующее микроволны, называется магнетроном.

Нередко магнетрон сравнивают с электровакуумным диодом, который работает за счет явления термоэлектронной эмиссии. Явление образуется, если нагревается поверхность катода или эмиттера.

Высокая температура «вынуждает» активные электроны покинуть поверхность. Но для этого на анод должно подаваться напряжение.

Образуемое электрическое поле приводит электроды в движение, которые по силовым линиям направляются к аноду. Электрон, оказавшийся в области магнитного поля, меняет свою траекторию.

Их траектория нарушается, и они начинают вращаться вокруг катода. Электроны, проходящие около резонаторов, отдают им часть собственной энергии (взаимозаменяемость). В результате в полости образуется мощное сверхвысокочастотное поле, выводимое наружу посредством проволочной петли.

Магнетрон «запускается», когда на анод подается высокое напряжение – 3000 – 4000 В. По этой причине в бытовых электросетях магнетрон должен подключаться через высоковольтный трансформатор.

Устройство магнетрона

Магнетрон – элемент, ответственный за генерацию высокочастотных колебаний. Есть устройства с похожим принципом действия – клистроны и платинотроны, но они не получили должного распространения.

Впервые магнетрон задействовали в СВЧ-печи в 1960 году. Сейчас используется многорезонаторный элемент. Его компоненты и их описания:

  • анод. Цилиндр из меди, состоящий из нескольких секторов. В нем есть полости-резонаторы, которые создают кольцевую систему колебаний;
  • катод. Цилиндр с нитью накаливания, расположенный в центре магнетрона. Эта часть ответственна за эмиссию электронов;
  • кольцевые магниты. Расположены на торцах печи. Они создают магнитное поле, направленное параллельно они магнетрона. Электроны движутся в том же направлении;
  • проволочная петля. Находится в резонаторе, соединяется с катодом и выводится к антенне-излучателю. Задача петли – вывод высокочастотного излучения в волновод. Оттуда оно поступает в рабочую камеру микроволновки.

Подключение магнетрона

Схема включения – однополупериодное выпрямление высоковольтного напряжения. Выход трансформатора работает в режиме короткого замыкания выходной обмотки (не дольше 5 минут).

Испорченный магнетрон нет смысла нести в ремонт – даже хорошо оснащенные мастерские этим не занимаются. Поэтому приобретают новую деталь.

Извлекая ее из микроволновки, помечают контакты разъемов, чтобы не перепутать их при переустановке. При неправильном подключении выводов магнетрон работать не будет.

Читаем дальше:  Как переставить дверцу на холодильнике веко

Но подойдет аналогичная деталь. Мощность выбирается та же или выше, крепления и разъемы подключения должны совпадать.

Независимо от производителя, магнетроны имеют единое устройство, отличается только конструкция. Поэтому, заменяя деталь, нужно убедиться, что аналог плотно прилегает к волноводу.

Благодаря серийному изготовлению СВЧ блоков микроволновка становится простой, но полезной в условиях кухни техникой, которая в разы облегчает процедуру приготовления или разогрева пищи. Обслуживать ее легко, а конструкция не предполагает незаменимых деталей, что повышает надежность. Бытует мнение, что излучения от микроволн – вредны, но это не более чем миф.

Источник

Микроволновка. Схема. Принцип работы

Микроволновая печь, она же микроволновка, она же сверхвысокочастотная печь и она же СВЧ-печь на сегодняшний день является одним из самых популярных бытовых электроприборов.

Её предназначение — быстрое приготовление, разогрев и размораживание продуктов.

Немного истории

8 октября 1945 г. – Перси Спенсер, житель штата Массачусетс – запатентовал свое изобретение и стал её создателем.

Первые СВЧ-печки, предназначавшиеся для армейских столовых и больших ресторанов, были шкафами высотой 175 см и весом 340 кг. Более компактные домашние печки начали производиться с 1955 г.

Первая серийная бытовая микроволновая печь была выпущена японской фирмой Sharp в 1962 г. Первоначально спрос на новое изделие был невысок. В СССР микроволновые печи выпускал завод ЗИЛ.

Принцип работы

Принцип действия микроволновой печи строится на обработке продукта, помещенного внутрь прибора, микроволнами (СВЧ-излучение). Эти волны попадают на прямую и отражаясь от стенок нагревают пищу.

В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода.

Для работы микроволн необходимы дипольные молекулы. Они заряжены одновременно и положительно, и отрицательно. Таких молекул более чем достаточно в овощах, фруктах и мясной продукции. Средняя концентрация, к примеру, в килограмме рыбы составляет несколько миллионов частиц. В обычной среде, без электрического поля, молекулы находится в хаотичном состоянии. Но как только начинает работать магнетрон в СВЧ-печке, то частицы выстраиваются в определённом порядке. Положительно заряженные направляются в одну сторону, а отрицательно – в другую. В момент смены полярности молекулы меняет своё направление на противоположное, разворачиваясь на 180 градусов.

Магнетрон, который содержит каждая микроволновая печь, преобразует электрическую энергию в сверх-высокочастотное электрическое поле частотой 2450 Мегагерц (МГц), которое и взаимодействует с молекулами воды в пище. Микроволны «бомбят» молекулы воды в пище, заставляя их вращаться с частотой в миллионы раз в секунду, создавая молекулярное трение, которое и нагревает еду. Каждый герц равен одному колебанию в секунду. Смена поля происходит 2 раза за период одной волны. После включения печки частицы ускоряются, начинают тереться друг о друга, наращивая температуру в камере.

Это трение наносит значительный ущерб молекулам пищи, разрывая или деформируя их. Проще говоря, микроволновая печь вызывает распад и изменения молекулярной структуры продуктов питания в процессе излучения.

Микроволны работают только в относительно небольшом поверхностном слое пищи, не проникая внутрь глубже, чем на 1-3 см. Поэтому нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов – прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности. Равномерность прогрева также достигается вращением тарелки, на которой находится разогреваемый продукт.

Основные узлы и детали СВЧ-печи

Микроволновая печь состоит из нескольких обязательных деталей:

  • Металлический корпус с металлической дверцей и изолированной металлизированной камерой;
  • Магнетрон в микроволновке — собственно, излучатель сверхвысоких частот;
  • Волновод, за счет которого происходит передача излучения к изолированной камере.
  • Высоковольный трансформатор для питания магнетрона.
  • Вращающаяся тарелка для более равномерного разогревания пищи;
  • Плата управления различными режимами, таймером и т.п.;
  • Вентилятор.

Теперь немного подробнее разберём главные элементы микроволновой печи.

Магнетрон

1. Металлический колпачок насажен на керамический изолятор 2.
3. Внешний кожух магнетрона.
4. Фланец с отверстиями для крепления.
5 Кольцевые магниты служат для распределения магнитного поля.
6. Керамический цилиндр для изоляции антенны.
7. Радиатор служит для лучшего охлаждения.
8. Коробочка фильтра.
9. Узел соединения магнетрона с источником питания содержит переходные конденсаторы, которые вместе с дросселями образуют СВЧ фильтр для защиты от проникновения СВЧ излучения из магнетрона.
10. Выводы питания.

Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – это магнетроном, представляющим собой электровакуумный диод. Именно это устройство генерирует сверхвысокочастотные волны в камере, которые воздействуют на молекулы в пище, в следствие чего и происходит нагрев. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди.

В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения. К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона.

Волновод

Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки.

Дверца микроволновки

Большое внимание при изготовлении печей уделяется дверце. В СВЧ-печах дверца является не только декоративным элементом, она должна хорошо защищать от выхода микроволн наружу, а также выполняет роль своего рода предохранителя. Принцип очень простой: если Вы откроете дверцу во время работы, срабатывает блокировка и процесс генерирования СВЧ останавливается. Несмотря на видимую простоту, устройство дверцы довольно непростое, ведь с ним связана безопасная эксплуатация всего аппарата.

Читаем дальше:  Как работает вытяжка на кухне над плитой газовой

Работа выключателей двери показана в таблице, ниже:

Дверца микроволновой печи должна:

  1. плотно прилегать к корпусу устройства. Большие зазоры не позволяют использовать устройство. Причина проста: дверь служит своего рода щитом от микроволнового излучения, и если зазор будет достаточно велик, излучение может проникнуть за пределы камеры для приготовления пищи. Это излучение опасно для здоровья.
  2. периметр дверцы оснащён дроссельным заслоном высокой частоты. Этот аппарат служит для понижения излучения до приемлемого уровня.
  3. в момент отливки корпуса двери содержать множество присадок, с помощью которых достигается высокий процент поглощения излучения. Разумеется, нельзя быть полностью уверенным в 100% поглощения излучения, но не стоит сомневаться, что остаточные волны не представляют опасности и значимого вреда для здоровья человека.

Вентилятор

Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.

Магнетрон в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому его корпус помещен в пластинчатый радиатор, который при работе всегда должен обдуваться воздушным потоком из встроенного в микроволновку вентилятора. При перегреве магнетрон очень часто выходит из строя, поэтому его оснащают защитой – термопредохранителем.

Высоковольтный трансформатор

Магнетрон становится активным, как только получает достаточное напряжение. К его аноду прикладывается напряжение около 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Такие показатели достигаются наличием высоковольтного трансформатора достаточной мощности, потому что стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.

Плата управления

Магнетрон генерирует на максимальной мощности. Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.

Плата управленя делает промежутки включения и паузы длине или короче, в зависимости от выбранного режима мощности.

Самая простая плата управления с двумя переключателями: режим работы и мощность. Есть платы управления с обычными кнопками и сенсорными. Дополнительно на плате управления может быть наличие дисплея с часами, таймером, а таже дополнительных режимов микроволновки. Некоторые модели имеют диалоговый режим, рецепты, выход в Интернет и т.п.

Для питания платы управления используется дополнительный блок питания (трансформатор, выпрямитель, конденсаторы…).

Электрическая схема

Все бытовые модели СВЧ-печей выполнены по одной и той же схеме, а основные блоки располагаются в штатных местах. Техника прошлых поколений отличается только исполнением интерфейса управления.

Рассмотрим схему основных агрегатов СВЧ-печи

220 вольт через специальную схему управления подается на первичную обмотку силового трансформатора. Далее с помощью силового трансформатора высокое напряжение подается на схему удвоения напряжения собранную на высоковольных элементах VD1, C1.

Сопротивление R1 имеет номинал от 1 до 10 Мом и нужно для того, чтобы обеспечивать разряд конденсатора С1 при выключенной печи. В импортных конденсаторах резистор монтируется внутри.

Предохранительный диод VD2 служит для защиты трансформатора от перегрева в случае замыкания в магнетроне или чрезмерном повышении напряжения на конденсаторе С1.

При замыкании резко повышается ток во вторичных обмотках, что ведёт к увеличению тока в первичных обмотках и перегорает предохранитель. В микроволновках установлены сетевой (по входу 220В) и высоковольный (во вторичной цепи силового трансформатора) предохранители.

Если замерить напряжение на катоде магнетрона оно будет равно -4000 вольт (отрицательное), значит, на аноде относительно катода напряжение будет равно +4000 вольт.

Блок питания магнетрона обеспечивает выработку питающих напряжений:
Анодное напряжение Uа = 4000 вольт A = 300 мА.
Напряжение накала U = 3,15 вольт А = 10 Ампер.

Простая схема СВЧ печи

Схема микроволновки с механическим переключателем работы

В продаже можно встретить технику трёх видов: классическую, с грилем, с конвекцией и грилем. В обычной печке можно разогреть продукты, разморозить их, и только. Тогда как наличие гриля и конвекции расширяет возможности оборудования. Естественно, что дополнительные элементы заметно прибавляют стоимости печи и увеличивают расход электроэнергии.

Схема микроволновки с грилем и конвекционным вентилятором

Грили на ТЭНе универсальны. Их сравнительно легко обслуживать – чистить и менять. Трубки могут располагаться либо сверху, либо снизу. Но есть модели с двумя нагревательными элементами и даже с подвижным грилем, где ТЭН опускается при готовке и встаёт на место, когда технику отключают.

Модели с конвекцией оснащаются вентилятором, позволяя качественно поджарить продукты. Пища равномерно запекается и в результате покрывается хрустящей корочкой. В печах с грилем можно поджарить курицу, пирожки и другие блюда. Все это вместе заменяет обычную духовку. Вентилятор равномерно распределяет тепло по камере.

Современные устройства оснащаются электронным блоком, а силовой трансформатор заменён на более эффективный инвертор.

Некоторые модели СВЧ печей имеют диалоговый режим, когда на дисплее высвечиваются рекомендации во время приготовления блюда.

Также может быть микроволновая печь со встроенными рецептами приготовления блюд. Чтобы запустить процесс приготовления, нужно указать вид продукта, количество, рецепт. Готовые программы дают возможность выбрать оптимальный режим, точное время приготовления.

Некоторые модели оснащаются портом связи для доступа в интернет. Это дает возможность загружать новые рецепты блюд и получать информацию о его калорийности.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С МИКРОВОЛНОВКАМИ

  1. Нельзя включать печь с открытой дверцей либо сеткой.
  2. Нельзя делать отверстия в корпусе.
  3. Не оставляйте монтажный мусор в волноводе.
    Мусор приведет к нарушению распространения СВЧ волн в волноводе,
    и в результате чего, СВЧ печь будет давать излучение.
  4. Всегда разряжайте ёмкость (конденсатор) в цепях питания магнетрона куском изолированного провода (так как резистор, разряжающий конденсатор иногда выходит из строя).

По прилагаемой, ниже схеме можно собрать простейший детектор обнаружения СВЧ энергии:

Источник

Рецепты из свинины
Adblock
detector