Устройство микроволновой печи и принцип работы

Устройство микроволновой печи и принцип работы

Действие микроволновой печи основано на бесконтактном нагреве пищевых продуктов путем преобразования энергии электромагнитного поля СВЧ в тепло. Со времени появления первых микроволновых печей они непрерывно совершенствовались: повышались их технические характеристики и надежность, упрощалась и удешевлялась конструкция, совершенствовался дизайн.

Современная бытовая микроволновая печь – это не только необходимый предмет быта, но и престижный элемент эстетики кухни.

Принципиальное отличие процесса нагревания продукта в микроволновой печи от традиционных способов (газовая или электрическая плита) заключается в том, что при микроволновом нагреве тепло выделяется в объеме продукта, а при традиционных способах оно подводится к его поверхности и дальнейшее его распространение в продукт осуществляется путем теплопроводности. Соответственно достигаемый темп объемного нагрева продукта микроволнами оказывается значительно выше.

Микроволновое излучение – это не радиоактивное излучение. Под его действием в продукте не происходит никаких химических изменений. Этот способ приготовления пищи сохраняет от 75 до 98 % содержащихся в продукте витаминов (при традиционном способе готовки сохраняется всего 35–60 % витаминов).

Основным элементом печи является генератор СВЧ-энергии, в качестве которого, как правило, используют широко применяемый в радиолокации прибор – магнетрон. Наиболее дорогостоящим элементом питания магнетрона является специальный анодно-накальный трансформатор-стабилизатор. Номинальное эффективное напряжение на его высоковольтной обмотке составляет обычно 2100–2300 В, номинальное напряжение начальной обмотки – 3–3,2 В.

Особенностью трансформатора является значительная индуктивность рассеивания высоковольтной обмотки и специальная конструкция магнитопровода с магнитными шунтами, обеспечивающая при колебаниях сетевого напряжения на 10 % изменение высокого напряжения всего лишь на 1–2%.

Чтобы обеспечить бесшумность работы трансформатора, отдельные элементы магнитопровода свариваются. Накопительный высоковольтный конденсатор емкостью от 0,8 до 1,2 мкФ (в зависимости от мощности печи) рассчитан на работу при напряжении до 10 кВ.

В качестве линии связи для передачи СВЧ-мощности от магнетрона к излучателю, питающему рабочую камеру печи, обычно используют прямоугольный волновод. Конструкцию волновода и излучателя выбирают так, чтобы обеспечить нормальное согласование нагруженной рабочей камеры с магнетроном. Кроме того, для обеспечения равномерности нагрева излучатель должен возбуждать в камере достаточно большое число типов волн.

Рабочая камера печи представляет собой полый резонатор прямоугольной формы с размерами сторон, значительно превышающими длину волны генератора. Возбуждаемые в камере электромагнитные волны не поглощаются сразу в нагреваемом продукте, а многократно отражаются ее стенками. В результате в камере образуются многочисленные стоячие волны электромагнитного поля с узлами и пучками. Интенсивность полей в камере нарастает до тех пор, пока мощность СВЧ-колебаний, поглощаемая в продукте, не сравняется с мощностью, поступающей от генератора. Локальный нагрев продукта пропорционален квадрату эффективного значения напряженности электрического поля в данной точке.

Поскольку наличие стоячих волн в камере неизбежно, камера оптимальной конструкции должна иметь такие размеры и способ возбуждения, чтобы суперпозиция всех стоячих волн обеспечивала максимальную равномерность нагрева продукта. Но, к сожалению, на практике обеспечить идеальную равномерность нагрева невозможно, ведь обрабатываемые продукты и посуда имеют значительные вариации диэлектрических свойств и формы. Поэтому для повышения равномерности нагрева продукта в рабочей камере печи обычно применяют, в том или ином виде, механическое движение. Это может быть вращающаяся подставка, на которой располагается нагреваемый продукт, вращающаяся антенна, ось вращения которой совпадает с осью симметрии рабочей камеры, а диаграмма направленности излучения имеет специальную несимметричную форму, вращающаяся крыльчатка с металлическими лопастями, расположенными вблизи излучателя, либо сочетание вращающейся подставки с питанием рабочей камеры двумя излучателями от разветвленного волновода.

Дверь рабочей камеры представляет собой конструктивно довольно сложный и очень ответственный узел, т. к. именно она предотвращает утечку во внешнюю среду СВЧ-энергии. По периметру дверь имеет высокочастотный дроссельный затвор. Для того чтобы он снижал уровень утечки СВЧ-энергии до допустимого значения, необходимо обеспечить хорошее прилегание плоскости двери к лицевой поверхности рабочей камеры. Практически зазор не должен превышать 0,5 мм. В этом случае плотность потока энергии во внешнее пространство будет на допустимом уровне (1–2 мкВт/см2).

Для обеспечения такого зазора в процессе производства предъявляются очень жесткие требования к плоскостности лицевой поверхности рабочей камеры и ответной поверхности двери.

Для того чтобы в еще большей степени обеспечить безопасность использования печи, открытая щель дроссельного затвора заполняется специальной пластмассой, поглощающей энергию микроволн. Блок управления печи обеспечивает ее работу по заданной программе, а также выключение печи при нарушении блокировок, превышении температуры на магнетроне, трансформаторе и в рабочей камере. Блоки управления имеют разнообразные схемы и конструкции при двух основных разновидностях: электромеханической и процессорной.

Электромеханический блок управления содержит реле времени, задающее общую длительность приготовления пищи, и реле управления режимом печи, задающее средний уровень мощности СВЧ-энергии в рабочей камере. Как правило, управление уровнем мощности осуществляется изменением соотношения длительностей пауз и периодов генерации магнетрона. При отсутствии пауз печь работает на полную мощность, при равенстве длительностей пауз и периодов генерации – с 50 %-ной мощностью и т. д. Автоматика управления работой магнетрона включается в цепь первичной обмотки трансформатора.

Микропроцессорный блок управления, кроме возможностей, обеспечиваемых электромеханическим блоком, позволяет задавать сложные переменные во времени программы, включать печь автоматически в заданное время суток и т. п. Для первоначального накопления опыта приготовления пищи в микроволновой печи можно пользоваться многочисленными имеющимися в продаже и прилагаемыми к печи сборниками рецептов. Однако уже через непродолжительное время пользователь приобретает необходимый навык, позволяющий готовить блюда самостоятельно, руководствуясь собственным вкусом.

Следует отметить одну особенность всех микроволновых печей – они не терпят посуды с золотым (металлическим) ободком. В результате того, что в ободке индуцируется высокочастотный ток огромной силы, возникает искрение, которое может перейти в дуговой разряд.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.