Принцип работы микроволновой печи. Физические основы работы микроволновки

Вишняков Василий Николаевич 983

Микроволновая печь давно заняла свое место на кухне квартиры или частного дома, в комнате отдыха современного офиса и за барной стойкой небольших кафе. Простота использования создает обманчивое впечатление простоты конструкции, и мало кто задумывается о принципах работы такого привычного бытового прибора.

Цены в интернет-магазинах:

		entero.ru	8 610 Р
		entero.ru	35 800 Р
		whitegoods.ru	12 234 Р

Немного физики

Испокон веков эфир пронизывали десятки видов электромагнитного излучения. Свет солнца и звезд, тепло, идущее от костра и таинственный ультрафиолет, придающий коже бронзовый или шоколадный оттенок – лишь разные проявления одного и того же физического процесса.

Разные длины волн по-разному воздействуют на органы чувств человека, о существовании многих можно догадаться лишь по косвенным признакам. Видимый свет (длина волны от 380 до 780 нм) вызывает химические реакции в клетках сетчатки, формируя картину окружающего мира. Согревающее тепло костра (от 2,5 до 2000 мкм) невидимо глазу, но поглощается поверхностью кожи, даря ощущение уюта и покоя.

Волны дециметрового диапазона, с длиной волны от 10 до 100 см и частотой от 300 МГц до 3 ГГц лучше всего поглощаются полярными молекулами воды. Попадая в зону действия электро магнитного поля, молекулы Н2О выстраиваются в упорядоченные структуры, расположенные вдоль силовых линий. Так как поле переменное, то и молекулы постоянно перестраиваются, соударяясь между собой и передавая свои колебания «соседям». И при чем же здесь разогрев? А при том, что температура любого тела, однородного или нет, прямо пропорционально зависит от кинетической энергии его атомов и молекул. Чем интенсивнее колебательные движения – тем выше температура. Такой процесс преобразования энергии электромагнитных колебаний в тепловую энергию физического тела носит название «дипольный сдвиг».

А так как больше всего воды – до 98% массы – содержит животная и растительная органика, волны дециметрового диапазона более всего подходят для разогрева, а следовательно, и приготовления пищи.

Цены в интернет-магазинах:

		whitegoods.ru	114 200 Р
		entero.ru	11 646 Р
		securitymag.ru	33 395 Р

Как устроена микроволновка?

Сердцем всей конструкции является излучатель дециметровых волн или магнетрон. По сути, это мощная электронная лампа, дополненная внешним источником магнитного поля. Электроны, направляясь от катода к аноду, отклоняются под действием постоянного внешнего магнитного поля, двигаясь по все более и более искривленной орбите. Образованные таким образом электронные облака имеют в своей структуре дефекты или «червоточины», появление и исчезновение которых сопровождается генерацией электромагнитной волны. Магнетрон бытовой микроволновой печи излучает волну частотой 2450 МГц. Данная частота наиболее полно поглощается молекулами Н2О, что было установлено экспериментальным путем.

За обеспечение энергией магнетрона отвечает высоковольтный трансформатор - устройство, способное преобразовывать переменный ток стандартной бытовой сети в постоянный ток высокого напряжения. Вывод излучения в рабочую камеру осуществляется через волновод магнетрона – отверстие в рабочей камере лампы, закрытое прозрачным для данной длины волны материалом.

Рабочая камера микроволновой печи металлическая, снабженная герметично закрывающейся металлизированной дверцей. Как правило, оснащена также вращающимся столиком, предназначенным для равномерного разогрева продуктов.

Есть тут и блок управления, отвечающий за выбор мощности и продолжительности работы магнетрона. Интересно реализована регулировка мощности печи. Магнетрон выдает постоянное количество энергии в единицу времени. Изменение мощностных характеристик достигается определенным количеством включений и выключений излучателя в минуту. Такой метод называется широтно-импульсной модуляцией. В зависимости от модели, микроволновая печь может оснащаться кварцевым или тэновым грилем и нагнетающим вентилятором для реализации конвекционного режима приготовления продуктов.

Цены в интернет-магазинах:

		refro.ru	92 050 Р

Немного истории

Патент на первый магнетрон был выдан в 1924 году чешскому физику А. Жачеку. Вскоре после этого действующие модели были созданы в СССР и Японии. Долгое время магнетроны использовались как источники радиоволн сантиметрового диапазона для радарных систем.

Патент на первую микроволновую печь получил американский физик Перси Спенсер. Работая в лаборатории над усовершенствованием радарной системы, Спенсер забыл свой бутерброд на включенном магнетроне. Спустя какое то время его внимание привлек аппетитный запах поджаренного хлеба, сыра и бекона.

В 1949 году началось серийное производство СВЧ печей по военному заказу. Первая модель была высотой в рост человека, весила 340 килограмм и стоила до 3000 долларов. При мощности 3 кВт, она использовалась исключительно для быстрой разморозки продуктов.

В СССР первые микроволновые печи появились в начале 80-х годов двадцатого столетия. Производство было налажено на заводах ЗИЛ и Южмаш. Позже выпуск освоил Тамбовский «Электроприбор» и Днепровский машиностроительный завод.

Midea Микроволновая печь AM820CWW-W Electrozon 4 390 Р

Легенды и мифы, связанные с микроволновкой

Как и всякий, широко распространенный бытовой прибор, микроволновка приобрела не только сторонников, но ярых противников всякой «чертовщины». В их устах ни в чем не повинный кусок жести и моток проводов приобрел воистину ужасные свойства, о которых и не подозревал бедный Перси Спенсер.

Микроволновая печь превратится в бомбу, если внутрь поместить любой железный предмет и нажать на кнопку включения. Неправда, просто в рабочей камере забегают красивые, но абсолютно безопасные искорки, спровоцированные блуждающими токами Фуко.
Если включить печку при открытой или негерметично закрытой дверце, мощное СВЧ излучение уничтожит всю электронику в радиусе нескольких метров. Неправда, не рекомендуется только готовить мобильники в микроволновке, да и то из-за трудновыводимого запаха сгоревшей пластмассы.
Яйца в скорлупе нельзя варить в микроволновой печи. Нет, можно. Правда, трудновато потом отмывать рабочую камеру. Пар, образовавшийся от закипания белка и желтка, разорвет скорлупу и раскидает содержимое по всему объему печи.

И в завершение

Надеемся, что после прочтения данного материала читатель стал яснее понимать физические принципы, лежащие в основе работы микроволновой печи. Что, в свою очередь, позволит избавиться от смешных, но таких живучих страхов и фобий перед обычным и крайне полезным бытовым прибором!

Рассказать друзьям

Микроволновая печь (СВЧ), в настоящее время, пользуется большой популярностью, она является самым востребованным кухонным прибором. С помощью микроволновой печи можно не только разогреть или приготовить еду, но и произвести размораживание продуктов и даже продезинфицировать некоторые кухонные принадлежности, не содержащие металл. Данный прибор стал сегодня совершенно обыденным.

Микроволновая печь – это бытовой электрический прибор, который предназначен, в основном, для приготовления или же подогрева пищи в быстром режиме. Используют микроволновки и некоторых производствах, где нужно разогревать необходимых материалов.

В отличие от обычных печей, разогрев разных продуктов в данном устройстве происходит довольно-таки быстро, так как радиоволны способны проникать глубоко внутрь продуктов. Это кардинально сокращает разогрев любого продукта и способствует сохранению всех полезных веществ в нем.

Устройство всех СВЧ-печей состоит, как правило, из одинаковых компонентов. Конструкция микроволновок имеет основные и вспомогательные элементы. Внешний вид этих приборов может быть очень разнообразным. Размеры, расцветки и функции могут отличаться, у каждой отдельной печи, они могут быть разными.

Строение микроволновой печи:

Камера, оснащенная вращающимся подиумом;
Магнетрон, является главным элементом – СВЧ-излучатель;
Трансформатор;
Металлический корпус с дверцей, которая блокируется при работе прибора;
Схема управления и коммуникаций;
Волновод.

Так же внутри микроволновка должна быть оборудована вентилятором. Назначение его очень велико, так как без него не будет работать сам прибор. Такое устройство обеспечивает прекрасную работу магнетрона и охлаждает электронные схемы.

Как работает микроволновая печь: ее разновидности

Работа микроволновой печи очень проста, она основана на СВЧ-излучении. Сердцем каждой микроволновки является такой элемент, как магнетрон. Он и есть источником излучения. Частота микроволн составляет примерно 2450 мГц, а мощность современных микроволновок может равняться 700 – 1000 Вт. Работает такая печь от электричества.

Чтобы магнетрон хорошо работал и не перегревался, рядом с ним устанавливают вентилятор. Он же и занимается циркуляцией воздуха внутри самой печи и способствует равномерному обогреву пищи или продуктов.

Микроволны попадают в печь по волноводу, а затем стенки, которые изготовлены из металла, отражают само магнитное излучение. Излучение, проникая глубоко в продукты, заставляют их молекулы очень быстро двигаться. Эти действия способствуют трению, вследствие чего и выделяется тепло (присутствует физика). Это тепло и будет разогревать продукты.

Разновидности электроприборов:

С грилем;
Печь с конвекцией;
Устройство с инверторным управлением;
Прибор с микроволнами, которые распределяются равномерно;
Мини-микроволновка.

Главное достоинство всех микроволновок – это дизайн. Рынок предоставляет огромный выбор приборов, можно выбирать, как модель стильную, так и эргономичную. Описание этих моделей позволит вам выбрать понравившуюся модель, которая станет не просто украшением кухни, а и его изюминкой. Примером может стать микроволновка фирм Самсунг.

Блок управления: принцип работы микроволновки

У каждой микроволновки есть такой немало важный элемент, как блок управления. Он в свою очередь выполняет две основные функции: поддерживает заданную мощность и отключает прибор, когда установленное время истекло. На сегодняшний день, технологии разработали новый вид этого элемента – электронный.

Сегодня электронный блок может поддерживать не только основные свои функции, но и некоторые дополнительные. Некоторые из них нужные, а другие совсем не понадобятся. У многих современных моделей есть наличие гриля, им так же управляет блок управления.

На сегодня, командный блок оснащен разными микропроцессорами, которые, в свою очередь, поддерживают функциональность других программ. Поэтому блок питание и может отвечать за работу дополнительных функций.

Дополнительные сервисные функции:

Встроенные часы;
Индикатор мощности;
Автоматическая разморозка;
Звуковой сигнал, который определяет законченную операцию.

Электронный блок тесно связан с индикаторной панелью и клавиатурой. Важнейшей деталью такого блока является релейный блок. Он отвечает за работу вентилятора, конвектора, встроенной лампы и даже магнетрона.

Частота микроволновки: магнетрон и его составляющие

Принцип работы СВЧ-печи заключается в том, что магнетрон при включении микроволновки, начинает выделять энергию, а затем уже она преобразовывается в тепло. Это тепло идет на обогрев продуктов. Магнетрон переводится, как электровакуумный диод, который состоит из медного анода. Это самая дорогая деталь печи.

Разогрев пищи, которая находится внутри микроволновки, происходит под воздействием электромагнитного излучения, то есть радиоволн сверхвысокой частоты. За счет того, что радиоволны проникают внутрь разогреваемого продукта глубоко, он подогревается очень быстро и эффективно.

Расшифровка магнетрона – это устройство, которое производит огромное количество теплоты, за счет частоты излучения. Частота излучения равняется 2,4 ГГц. Коэффициент полезного действия (КПД) магнетрона составляет 80%, а потребляемая мощность данного вида печи при излучении может составлять 1100 Вт.

Устройство магнетрона состоит из таких деталей:

Цилиндрический анод – это его основа, состоящая их 10 секторов, каждая из них сделана из меди;
В центре располагается катод с нитью накаливания;
Торцевые части заняты магнитами, они создают необходимое для излучения магнитное поле;
Выведенная к антенне, которая излучает энергию, проволочная петля.

С помощью антенны-излучателя энергия попадает сначала в волновод, а затем в камеру печи. Напряжение, которое поступает к аноду, составляет 4 тыс. Вт, нити накала – 3 тыс. Вт. Корпус магнетрона находится в радиаторе из пластика, где встроенный вентилятор, обдувает его воздухом, а специальный предохранитель отвечает за его перегрев.

Устройство и принцип работы микроволновой печи (видео)

С английского языка такое высказывание Microwave oven, можно расшифровать как микроволновая печь. Данная конструкция представляет собой бытовой прибор, который работает от электричества и отличается тем, что размораживает или подогревает продукты очень быстро. Происходит это за счет СВЧ-излучения.

12 636

Для того чтобы понять, вредна ли микроволновая печь, необходимо иметь представление, что же такое микроволны . Для этого обратимся не к слухам, а к научным данным физики, которая объясняет природу и свойства всех физических явлений.

Что такое микроволны и их место в спектре электромагнитных излучений.
Микроволны — это один из видов электромагнитного излучения. А, как известно, электромагнитное излучение Солнца — основной источник энергии для жизни на Земле. Оно состоит из видимого и невидимого излучения.

Все цвета, которые мы видим — это видимая часть излучения. Невидимая — это радиоволны, инфракрасное (тепловое), ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучение. Все эти волны — проявления одного и того же явления — электромагнитного излучения, а отличаются они длиной волн и частотой колебаний. Чем больше длина волн, тем меньше частота их колебаний. Эти параметры определяют свойства того или иного вида излучений.

Весь спектр электромагнитных волн можно последовательно расположить по мере уменьшения длины волны (а соответственно увеличения частоты колебаний) в следующем порядке:

Радиоволны — электромагнитные волны с длиной волны более 1мм. Они включают: a) Длинные волны — длина волны от 10 км до 1 км (частота 30 кГц — 300 кГц);
b) Средние волны — длина волны от 1 км до 100 м (частота 300кГц -3МГц);
c) Короткие волны — длина волны от 100 м до 10 м (частота 3 — 30МГц);
d) Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10 м (частота 30МГц — 300 ГГц). Ультракороткие волны в свою очередь делятся на:
метровые, сантиметровые (в том числе микроволны ), миллиметровые волны.
Микроволны — это вид электромагнитной энергии, находящийся в шкале частот между радиоволнами и инфракрасным излучением. Поэтому они обладают некоторыми свойствами своих соседей. Микроволны или волны сверхвысоких частот (СВЧ) — это короткие электромагнитные радиоволны с длиной волны 1 мм — 1 м (частота меньше 300мгц). Сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением его называют потому, что он имеет самую большую частоту в радиодиапазоне. Физическая природа излучения микроволн такая же, что и у радиоволн. Они используются для телефонной связи, работы Интернета, передачи телевизионных программ, в микроволновых печах.
Инфракрасное излучение — электромагнитные волны с длиной волны 1 мм — 780 нм (частота 300 ГГц — 429 ТГц). Его ещё называют «тепловое» излучение, так как оно воспринимается кожей человека как ощущение тепла.
Видимое излучение — электромагнитные волны с длиной волны 780-380 нм (частота 429 ТГц — 750 ТГц).
Ультрафиолетовое излучени е — электромагнитные волны с длиной волны 380 — 10 нм (частота 7,5 1014 Гц — 3 1016 Гц).
Рентгеновское излучение — электромагнитные волны с длиной волны 10 нм — 5 пм (частота 3 1016 — 6 1019 Гц).
Гамма лучи — электромагнитные волны с длиной волны меньше 5 пм (частота более 6 1019 Гц).

От длины волны и частоты зависит количество энергии, которую она переносит. Волны с большой длиной волны и низкой частотой несут мало энергии. Волны с малой длиной волны и большой частотой — много. Чем большей энергией обладает излучение, тем более губительный эффект оно оказывает на человека.

По способности вызывать такой эффект как ионизация вещества все вышеуказанные виды электромагнитного излучения делятся на 2 категории: ионизирующее и неионизирующее .
Отличаются эти 2 вида излучений количеством энергии, которую они несут.

1. Ионизирующее излучение иначе называют радиоактивным. К нему относятся рентгеновское, гамма-излучение, и в отдельных случаях ультрафиолетовое.
Ионизирующее излучение отличается высокой энергией, способной ионизировать вещества, и вызывает такие изменения в клетках, которые нарушают ход биологических реакций в организме и представляют опасность для здоровья.
Максимальная энергия присуща гамма-излучению. В результате его воздействия пища становится радиоактивной, а у человека развивается лучевая болезнь. Именно поэтому для живого организма очень опасно воздействие всех ионизирующих излучений.

2. Неионизирующее излучение — радиоволны, инфракрасное, видимое излучение.
Эти виды излучения обладают недостаточной энергией для ионизации вещества, поэтому не могут изменить структуру атомов и молекул. Границей между неионизирующим и ионизирующим излучением обычно считают длину волны примерно в 100 нанометров.
Энергии длинных радиоволн недостаточно даже для того, чтобы нагреть что-либо — они просто пройдут насквозь любой пищи. Энергия инфракрасного излучения (тепловая) поглощается всеми предметами, в том числе пищей, поэтому успешно используется, например, в тостерах. Микроволны занимают среднее положение ними и поэтому также обладают невысокой энергией.

Микроволны , использующиеся в СВЧ-печах.
В бытовых микроволновых печах используются микроволны с частотой излучения 2450 МГц (2,45 ГГц) и длиной волны примерно 12 см. Эти показатели значительно ниже частот рентгеновских и гамма-лучей, которые вызывают ионизирующий эффект и опасны для человека. Микроволны располагаются между радио- и инфракрасными волнами, т.е. они обладают недостаточной энергией для ионизации атомов и молекул.
В исправных СВЧ — печах микроволны непосредственно на человека не воздействуют. Они поглощаются пищей, вызывая эффект образования тепла.
Микроволновые печи не создают ионизирующее излучение и не излучают радиоактивные частицы, поэтому не обладают радиоактивным воздействием на живые организмы и продукты питания. Они генерируют радиоволны, которые по всем законам физики не могут изменить атомно-молекулярную структуру вещества, они могут только нагревать его.
Итак, микроволны — это разновидность радиоволн. Находясь в шкале частот между радиоволнами и инфракрасным излучением, они обладают общими с ними свойствами.
Однако, ни тепло, ни радиоволны, которые окружают нас повсюду, никак не влияют на пищу, а, следовательно, нет особых причин ожидать этого и от микроволн.

По этой же теме:

Микроволновые печи настолько тесно вошли в нашу повседневную жизнь, что сегодня сложно представить квартиру или дом, на кухне которого не было бы этого полезного прибора. Функционал СВЧ печей позволяет выполнять широкий спектр работ, связанных с термической обработкой пищи: размораживание, подогрев и даже подготовка. Возможно, вы этого не знали, но с помощью них также можно производить дезинфекцию тряпок и губок, не содержащих в составе металла. В статье мы рассмотрим, как микроволновые печи устроены и, каков принцип их работы.

Как это нередко бывает с полезными и гениальными изобретениями человечества, польза СВЧ волн для бытового применения была обнаружена совершенно случайно. Это произошло в 1942 году в компании «Райтеон», где физик Перси Спенсер изучал свойства устройств со сверхвысокочастотным излучением.

Согласно одной из версий, ученый случайно положил бутерброд на установку и обнаружил спустя пару минут, что тот прогрелся по всей толщине. Другая версия говорит, что у Спенсера в кармане растаяла плитка шоколада и он, осчастливленный своим открытием, тут же побежал в магазин– спустя некоторое время ученый наблюдал, как СВЧ волны за пару секунд превращают купленную им свежую кукурузу в попкорн.

В 1945 году Перси Спенсер запатентовал технологию использования сверхвысокочастотных волн в пищевой отрасли и через два года первые устройства, аналогичные современным микроволновкам, появились в американских военных госпиталях и столовых. Стоит отдельно сказать, что эти агрегаты, в отличие от современных, действительно напоминали печи, поскольку весили около 340 кг.

В дальнейшем разработку и вывод СВЧ печей на рынок бытовой техники взяла на себя компания Sharp, именно ей принадлежат основные революционные достижения в этой отрасли:

в 1962 году они выпустили в серийное производство первую бытовую микроволновку;
в 1966 – стали оснащать печи вращающейся подставкой-столом;
в 1979 – выпустили первое устройство с микропроцессорным управлением;
в 1999 – создали первую модель микроволновой печи с возможностью выхода в Интернет.

Сегодня на рынке бытовой техники представлено огромное множество микроволновок с самым разным функционалом, однако все они просты, экономичны и безопасны для здоровья.

Как это работает?

Наверняка многих из нас хотя бы раз в жизни интересовало, на чем основан принцип работы микроволновой печи и как так получается, что продукты, помещенные в неё, довольно быстро прогреваются.

Дело в том, что продукты, используемые нами для приготовления еды, в различных пропорциях содержат воду, жир, минеральные компоненты, сахар. Все эти вещества содержат в своей структуре диполярные молекулы – это означает, что один из их концов положительно заряжен, а другой – отрицательно. В мясе, злаках, овощах и вообще любых продуктах питания содержится огромное количество таких молекул.

Вспомним физику – при отсутствии электрического поля диполярные молекулы находятся в беспорядочном положении. Как только вещество оказывается под воздействием электрического поля молекулы перестраиваются, и «укладываются» согласно направлению силовых линий: положительно заряженные концы – в сторону «плюсового» полюса, а отрицательные – к «минусовому». Соответственно, при изменении полярности электрического поля, молекулы начнут «разворачиваться» на 180˚. На данном явлении и основывается принцип работы микроволновой печи.

Итак, в среднем, рабочая частота микроволновой печи составляет 2,45 гигагерц. Это значит, что за одну секунду совершается 1 000 000 колебаний (переключений). За одно такое переключение полярность электрического поля внутри микроволновки меняется дважды – с «плюса» на «минус» и обратно. Простой математический расчет говорит нам, что за одну секунду электрическое поле, в которое мы помещаем еду, 4,9 миллиона раз меняет полярность. Именно поэтому эти устройства называют СВЧ печами – расшифровка аббревиатуры открывает слово «сверхвысокочастотные». Фактически мы заставляем молекулы вращаться с очень большой скоростью, в результате трения которых друг от друга и выделяется тепло. Под воздействие электрического поля попадают верхние 1-3 см вещества, от которых тепло распространяется вглубь. Именно поэтому для приготовления некоторых продуктов в микроволновой печи рекомендуется не включать ее «на полную», а выбрать среднюю мощность и увеличить продолжительность обработки.

Как устроена СВЧ печь?

Бытовая микроволновка состоит из следующих функциональных частей:

металлическая камера с металлической дверцей, в которую помещаются продукты для разогрева;
магнетрон – устройство, излучающее СВЧ волны;
трансформатор для питания магнетрона;
управляющие и коммутационные цепи;
волновод, передающий излучение, созданное на магнетроне в камеру.

Кроме того, в конструкцию печи входят следующие компоненты, не влияющие на сам процесс разогрева, но служащие для улучшения работы устройства:

вращающаяся подставка для равномерного воздействия волн;
схема, обеспечивающая работу таймера;
схема безопасности, блокирующая работу устройства в различных ситуациях (например, при открытии дверцы);
вентилятор, необходимый для проветривания камены и охлаждения магнетрона.

Как работает магнетрон?

Магнетрон – это основное устройство микроволновой печи, который и излучает необходимые для разогрева СВЧ волны. Фактически он представляет собой высокочастотный электровакуумный диод с цилиндрическим анодом из меди. С внутренней стенки этот анод разделен на несколько секторов с медными стенками.

Катод, выполненный в виде стержня, составляет центр этой конструкции (ознакомьтесь с рисунком) Благодаря нити накала, размещенной внутри него, осуществляется эмиссия электронов. С торцевых сторон устройства располагаются мощные магниты кольцевой формы. С помощью магнитного поля, создаваемого ими внутри магнетрона, происходит генерация сверхвысокочастотного излучения.

Во время работы на анод подается напряжение величиной в 4 кВ, на нить – всего 3 В. Это провоцирует эмиссию электронов, подхватываемых высоконапряженным электрическим полем. Частота генерации магнетрона определяется величиной напряжения анода и геометрией резонаторных камер.

Для съема энергии используется специальная проволочная петля, идущая от катода на излучатель в виде антенны. От нее через волноотвод СВЧ волны попадают в основную камеру. Выходная мощность магнетронов, устанавливаемых в бытовых микроволновых печах, составляет, как правило, 800 ватт.

Для уменьшения интенсивности работы магнетрона схема управления включает его на небольшие временные промежутки, с паузами между ними. Так, например, для того, чтобы выходная мощность магнетрона составила 50% (400 Вт), необходимо осуществлять его поочередное включение и отключение через каждые 5 секунд. Такой принцип контроля называют широтно-импульсной модуляцией.

Работа магнетрона сопровождается выделением большого количества тепла, поэтому для предотвращения перегрева его оснащают пластинчатым радиатором, на который постоянно подается воздух от вентилятора.

Термопредохранитель

Температурная перегрузка (перегрев) является самой распространенной причиной выхода магнетронов из строя, поэтому на них устанавливают термопредохранители или термореле. Особую важность он имеет для СВЧ печей с функциями, предусматривающими длительную работу магнетрона, например, гриль.

Конкретное устройство подбирается исходя из номинальных температурных показателей, которые нанесены на их корпус.

Принцип их работы довольно прост:

Термореле имеет алюминиевый корпус и устанавливается на месте, температуру которого необходимо контролировать, с помощью фланцевого соединения, обеспечивая непосредственный тепловой контакт.
Биметаллическая пластина, расположенная внутри предохранителя, заранее настроена на срабатывание по заданной температуре.
Как только устройство нагревается до указанного предела, пластинка изгибается и с помощью толкателя разрывает соединение на пластинах контактной группы, в результате чего прекращается питание СВЧ печи.
По мере остывания устройства биметаллическая пластина принимает свою прежнюю форму, толкатель возвращается в начальное положение и контактная группа снова замыкается, подавая питание.

Важность вентилятора

Одной из важнейших частей любой СВЧ печи является встроенный вентилятор. Благодаря ему охлаждается не только магнетрон, но и вся остальная схема.

Использование одного только термореле для предотвращения перегрева компонентов микроволновки недостаточно. Во-первых, это приведет к постоянному срабатыванию термопредохранителя и включению-отключению магнетрона, что негативно скажется не только на нем, но и на других устройствах. Во-вторых, в некоторых микроволновках термореле просто не сможет справиться с нагревом – в приборах с функцией гриля без вентилятора никак не обойтись.

Во время работы микроволновой печи большое количество тепла выделяется не только компонентами, входящими в её конструкцию, но и разогреваемыми продуктами. А поскольку основной «целью» СВЧ волн является вода, разогрев сопровождается также выделением пара. Вентилятор позволяет избавиться от лишнего влажного воздуха, нагнетая в камеру свежий. Благодаря этому выделяющийся пар выходит через вентиляционные отверстия наружу.

В СВЧ печах с одним вентилятором, расположенным в задней части прибора, от него идут специальные воздуховоды, несущие свежий воздух сначала на магнетрон, а затем – внутрь камеры.

Система защиты

Мощное высокочастотное излучение магнетрона может нанести непоправимый урон человеческому (и не только) здоровью, поэтому особое внимание в современных моделях микроволновых печей уделяется предотвращению данной опасности.

Для защиты пользователя и других живых существ от вредного излучения камеры микроволновок изготавливают из экранированного металла. А поскольку сама камера также помещена в металлический корпус, фактически осуществляется двухуровневая изоляция СВЧ излучения.

Вы можете задать вполне резонный вопрос: а представляет ли опасность стеклянная дверца, через которую мы наблюдаем за готовностью блюда? Не является ли она «прорехой» в этой обороне? Будьте спокойны – стекло покрывается специальной мелкоячеистой металлической сеткой, отражающей испускаемое магнетроном излучение с частотой до 2,45 ГГц (с длиной волны до 122 мм) обратно в камеру.

Немаловажное значение имеет то, как плотно дверца закрывается и прилегает к корпусу. Зазор между её пазом и корпусом специально замеряется на заводе (он равен ¼ длины волны, например, 122/4=30,5мм) и должен сохраняться на протяжении всего срока эксплуатации. Это расстояние способствует образованию стоячей электромагнитной волны, которая не выходит за пределы устройства по той причине, что амплитудное значение в месте соприкосновения корпуса и дверцы равно нулю. Такая простая и эффективная схема организации защиты от излучения известна как СВЧ-дроссель.

Что происходит при открывании дверцы?

Бытует мнение, что при открывании дверцы микроволновки в момент работы на пользователя обрушивается опасное высокочастотно излучение, оказывающее большой вред на организм. В действительности это лишь миф – схема управления магнетроном включает в себя несколько переключателей, реагирующих на состояние дверцы. Их количество зависит от конкретной модели, но обычно их как минимум три. Один отвечает за отключение магнетрона в момент открывания дверцы, второй – за подсветку, а третий передает в микропроцессор информацию о том, в каком положении находится дверца. Работа этих переключателей организована так, что магнетрон может работать только при плотно закрытой дверце микроволновки.

Блок управления

Самую важную роль в работе любой микроволновки играет блок управления. Фактически он является мозгом печи, осуществляющим две базовые функции:

поддерживает значение мощности на заданном уровне;
завершает работу прибора по истечению заданного отрезка времени.

Схема блока управления старых моделей представляла собой конструкцию из двух переключателей, один из которых служил для установки таймера, а другой – для выбора интенсивности обработки. По мере развития технологий усовершенствовалась и «начинка» микроволновок – на смену электромеханическим блокам управления пришли электронные, которые на сегодняшний день уже вытеснены микропроцессорными. Их преимущество заключается не только в компактности, но и в более широком функционале, включающем:

настройка мощности с помощью сенсорной или кнопочной клавиатуры;
отображение текущей мощности на дисплее;
встроенные часы;
многочисленные предустановки для приготовления различных блюд и выполнения специфических задач (несколько режимов разморозки для продуктов разного типа);
автоматические расчеты – к примеру, вы вводите лишь вес размораживаемого куска мяса, а печь сама подбирает для него мощность;
большой выбор звуковых сигналов завершения рабочего цикла.

Для питания управляющей схемы используется отдельный блок питания. Для передачи сигналов и команд между блоком, клавиатурой, магнетроном, грилем, лампой и вентилятором служит релейный блок. Для подключения к схеме других компонентов (индикация, клавиатура), используются шлейфы.

Инверторная технология

Многие потребители при выборе микроволновой печи стараются найти модель с большим объемом камеры, чтобы обеспечить максимальную универсальность. К сожалению, функциональные элементы часто занимают большую часть всего объема устройства, соответственно, размер печи большой, но её полезный объем маленький. Эта проблема была одной из основных до появления инверторных печей.

Данная технология позволяет существенно уменьшить занимаемое магнетроном место за счет использования компонентов меньшего размера. Это позволяет создавать камеры большего размера, сохраняя габариты всей микроволновки в пределах принятых стандартов.

Инверторная технология кардинально выделяется тем, что в таких СВЧ печах излучатель не должен постоянно работать на предельной мощности, в отличие от классических магнетронов. Интенсивность обработки регулируется импульсным путем, благодаря чему на пищу не попадают мощные скачки СВЧ энергии, что влияет на ее качество. Исследованиями подтверждено, что капуста, обработанная в инверторной микроволновке, удерживает на треть больше витамина C, а свинина сохраняет на 41% больше витамина B1.

Помимо компактности и полезности инверторные СВЧ печи являются и более экономичными устройствами, благодаря использованию только того количества электроэнергии, которое необходимо для поддержания выбранной мощности. Тонкая импульсная настройка режима работы служит и ускорению размораживания продуктов.

На сегодняшний день флагманов в применении данной технологии является компания Panasonic, которая как раз и выпустила первую инверторную СВЧ печь.

Мифы о микроволновом излучении

Существует несколько прочно устоявшихся заблуждений по поводу вредности и опасности использования СВЧ-печей. В действительности, большинство (как правило, все) ошибочны. Ниже перечислены типичные мифы о микроволновках, которые на самом деле не стоят вашего беспокойства.

Микроволновка способна вывести из строя электрически приборы, расположенные в нескольких метрах от неё, если будет оставаться включенной продолжительное время. На самом деле, современные СВЧ-печи полностью защищены от выхода излучения за пределы камеры. Минимальное излучение, которое и может быть в непосредственной близости у прибора, не превышает излучение компьютерного системного блока.
СВЧ-печи могут стать причиной возникновения у пользователя аллергии на электромагнитные волны. Это просто невозможно. В мире есть лишь несколько человек с таким редким заболеванием и его причины никак не связаны с использованием микроволновки. Вообще, ни один бытовой прибор не создает настолько опасное излучение, поскольку все модели проходят сертификацию безопасности.
Продукты становятся радиоактивными под воздействием СВЧ-волн. Это тоже неверно. Сверхвысокочастотное излучение микроволновки является неионизирующим, поэтому не изменяет свойства еды. Также неверно и утверждение о канцерогенности продуктов, подверженных СВЧ-обработке – микроволны имеют абсолютно другой принцип действия, нежели рентгеновские лучи и, еще раз, никак не могут влиять на свойства продуктов.
Микроволны представляют высокую опасность для здоровья. Об этом уже было частично сказано – непосредственное воздействие сверхвысокочастотного излучения действительно губительно для тканей, однако при соблюдении правил эксплуатации микроволновки вы никогда не будете подвержены такому воздействию. Фактически, излучение от СВЧ-печи представляет лишь малую долю в общее электромагнитное поле, в котором мы находимся, пользуясь многочисленными другими бытовыми приборами.

Просто помните, что дверца печи должна плотно закрываться, а корпус — быть целым, а также не касайтесь работающей микроволновки руками и другими частями тела и можете быть спокойны – на расстоянии полуметра от прибора вы подвергаетесь не большему электромагнитному облучению, чем при просмотре телевизора.

Главная деталь в любой СВЧ печи - это магнетрон. Магнетрон - это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение. СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

При облучении электромагнитными волнами частотой 2,45 ГГц молекулы воды начинают колебаться. В результате этих колебаний возникает трение. Да, обычное трение между молекулами. За счёт трения выделяться тепло. Оно то и разогревает пищу изнутри. Вот так вкратце можно объяснить принцип действия микроволновки.

Конструкция микроволновки.

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, которая не позволяет излучению выйти наружу. Для равномерного разогрева пищи внутри камеры установлен вращающийся столик, который приводится в движение мото-редуктором (мотором), который сокращённо называется T.T.Motor (Turntable motor ).

СВЧ-излучение генерируется магнетроном и через прямоугольный волновод подаётся в камеру. Для охлаждения магнетрона во время работы служит вентилятор F.M (Fan motor ), который прогоняет холодный воздух через магнетрон. Далее нагретый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру и также используется для нагрева пищи. Через специальные неизлучающие отверстия часть нагретого воздуха и водяной пар выводится наружу.

В некоторых моделях СВЧ-печей для формирования равномерного нагрева пищи используется диссектор, который устанавливается в верхней части камеры микроволновки. Внешне диссектор напоминает вентилятор, но он предназначен для создания определённого типа СВЧ-волны в камере так, чтобы осуществлялся равномерный прогрев пищи.

Электрическая схема микроволновки.

Давайте взглянем на упрощённую электрическую схему рядовой микроволновки (кликните для увеличения).

Как видим, схема состоит из управляющей части и исполнительной. Управляющая часть, как правило, состоит из микроконтроллера, дисплея, кнопочной или сенсорной панели, электромагнитных реле, зуммера. Это "мозги" микроволновки. На схеме всё это изображено отдельной платой с надписью Power and Control Curcuit Board . Для питания управляющей части микроволновки используется небольшой понижающий трансформатор . На схеме он отмечен как L.V.Transformer (показана только первичная обмотка).

Микроконтроллер через буферные элементы (транзисторы) управляет электромагнитными реле : RELAY1 , RELAY2 , RELAY3 . Они включают/выключают исполнительные элементы СВЧ-печи в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Исполнительные элементы и цепи - это магнетрон (Magnetron), мото-редуктор столика T.T.Motor (Turntable motor), охлаждающий вентилятор F.M (Fan Motor ), ТЭН гриля (Grill Heater ), лампа подсветки O.L (Oven Lamp ).

Особо отметим исполнительную цепь, которая является генератором СВЧ-излучения.

Начинается эта цепь с высоковольтного трансформатора (H.V.Transformer ). Он самый здоровый в микроволновке. Собственно, это и не удивительно, ведь через него нужно прокачать мощность в 1500 - 2000 Вт (1,5 - 2 kW), необходимых для магнетрона. Выходная же (полезная) мощность магнетрона 500 - 850 Вт.

К первичной обмотке трансформатора подводится переменное напряжение сети 220V. С одной из вторичных обмоток снимается переменное напряжение накала 3,15V. Оно подводится к накальной обмотке магнетрона. Накальная обмотка необходима для генерации (эмиссии) электронов. Стоит отметить, что ток, потребляемый этой обмоткой, может достигать 10A.

Другая вторичная обмотка высоковольтного трансформатора, а также схема удвоения напряжения на высоковольтном конденсаторе (H.V.Capacitor ) и диоде (H.V. Diode ) создаёт постоянное напряжение в 4kV для питания анода магнетрона. Ток анода небольшой и составляет где-то 300 мА (0,3A).

В результате электроны, эмитированные накальной обмоткой, начинают своё движение в вакууме.

Особая траектория движения электронов внутри магнетрона создаёт СВЧ-излучение, которое и нужно нам для нагрева пищи. СВЧ-излучение отводится из магнетрона с помощью антенны и поступает в камеру через отрезок прямоугольного волновода.

Вот такая несложная, но весьма изощрённая схема является неким СВЧ-нагревателем. Не стоит забывать, что сама камера СВЧ-печи является элементом данного СВЧ-нагревателя, так как представляет, по сути, резонатор, в котором возникает электромагнитное излучение.

Кроме этих элементов в схеме микроволновой печи есть множество защитных элементов (см. термовыключатели KSD и аналоги.). Так, например, термовыключатель контролирует температуру магнетрона. Его штатная температура при работе где-то 80 0 - 100 0 C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Другие защитные термовыключатели подписаны на схеме, как OVEN THERMAL CUT-OUT (устанавливается на воздуховоде), GRILL THERMAL CUT-OUT (контролирует температуру гриля).

При наличии нештатной ситуации и перегреве магнетрона термовыключатель размыкает цепь, и магнетрон перестаёт работать. При этом термовыключатель выбирается с небольшим запасом - на температуру отключения 120 - 145 0 С.

Весьма важными элементами микроволновой печи являются три переключателя, которые встроены в правый торец камеры СВЧ-печи. При закрытии передней дверцы два переключателя замыкают свои контакты (PRIMARY SWITCH - главный выключатель, SECONDARY SWITCH - вторичный выключатель). Третий - MONITOR SWITCH (контрольный выключатель) - размыкает свои контакты при закрытии дверцы.

Неисправность хотя бы одного из этих выключателей приводит к неработоспособности микроволновки и срабатыванию плавкого предохранителя (Fuse).

Чтобы снизить помехи, которые поступают в электросеть при работающей СВЧ-печи, имеется сетевой фильтр - NOISE FILTER .

Дополнительные элементы микроволновки.

Кроме базовых элементов конструкции, микроволновка может быть оснащена грилем и конвектором. Гриль может быть выполнен в виде нагревательного элемента (ТЭН"а) или инфракрасных кварцевых ламп. Эти элементы микроволновки очень надёжны и редко выходят из строя.

Нагревательные элементы гриля: металло-керамический (слева) и инфракрасный (справа).

Инфракрасный нагреватель представляет собой 2 последовательно включенные инфракрасные кварцевые лампы на 115V (500 - 600W).

В отличие от микроволнового нагрева, который происходит изнутри, гриль создаёт тепловое излучение, которое разогревает пищу снаружи внутрь. Гриль разогревает пищу медленнее, но без него невозможно приготовить поджаристую курочку .

Конвектор - это, не что иное, как вентилятор внутри камеры, который работает в паре с нагревателем (ТЭН"ом). Вращение вентилятора обеспечивает циркуляцию горячего воздуха в камере, что способствует равномерному прогреву пищи.

Про фьюз-диод, высоковольтный конденсатор и диод.

Элементы в цепи питания магнетрона обладают интересными свойствами, которые нужно учитывать при ремонте микроволновки.

Для тех, кто желает более детально разобраться в устройстве СВЧ-печей, подготовлен архив с сервисными инструкциями микроволновых печей (Daewoo, SANYO, Samsung, LG). В инструкции приведены принципиальные схемы, схемы разборки, рекомендации по проверке элементов, список комплектующих.