1 Сверхвысокочастотные микроволновые печи Что такое микроволны - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Экспериментальное определение постоянной времени электрической печи... 1 47.99kb.
Инструкция по монтажу и эксплуатации банной печи куткин с наддувной... 1 224.06kb.
Сарва упанишада 1 29.81kb.
Что такое натюрморт? В чём особенности этого жанра изобразительного... 1 78.82kb.
Что такое насвай кайф от куриного помета. Что такое насвай 1 50.63kb.
Что такое порча и сглаз? 1 42.37kb.
Печи для производства извести 1 75.99kb.
Свч печь считать за точечный источник мощностью 1 кВт 1 195.18kb.
Мкоу «Марковская сош» Номинация: «Журналистские работы» 1 39.86kb.
Котлы. Печи. Камины / Печи газогенераторные воздухогрейные Печь отопительная... 1 155.1kb.
Что такое мюзикл 1 52.57kb.
Мкоу со ш п. Октябрьский «Вред микроволновой печи для здоровья человека»... 1 174.36kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

1 Сверхвысокочастотные микроволновые печи Что такое микроволны - страница №1/1



kot318@rambler.ru Содержание

Введение


1 Сверхвысокочастотные микроволновые печи

1.1. Что такое микроволны

1.2 Типы волноводов

1.3 Элементы микроволновой печи

1.3.1 Камера микроволновой печи

1.3.2 Магнетрон

1.3.3 Высоковольтный блок питания

1.3.4. Блок управления

1.3.5 Микроконтроллеры

1.3.6 Прочие элементы микроволновой печи

1.4 Перспективы развития микроволновых печей

2 Патентное исследование

3 Расчетная часть

4 Конструкционная часть

Список литературы

Введение

Микроволновое или, иначе, сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра. Сфера применения микроволновой техники в настоящее время достаточно широка и по мере развития науки и технологии все больше внедря­ется в нашу повседневную жизнь. Кроме микроволновых печей можно отметить такие области применения, как радиолокация, радионавигация, системы спутникового телевидения, телефонная сотовая связь и многое другое. В последнее время идут интенсив­ные и небезуспешные исследования по использованию микроволн в медицине и биологии.

Физическая природа микроволнового излучения такая же, как у света или радиоволн. Отли­чие только в частоте, с которой происходят электромагнитные колебания, или в длине волны, что - то же самое, поскольку последняя связана с частотой.

1 Сверхвысокочастотные микроволновые печи

1.1. Что такое микроволны
Микроволновое или, иначе, сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра. Сфера применения микроволновой техники в настоящее время достаточно широка и по мере развития науки и технологии все больше внедря­ется в нашу повседневную жизнь. Кроме микроволновых печей можно отметить такие области применения, как радиолокация, радионавигация, системы спутникового телевидения, телефонная сотовая связь и многое другое. В последнее время идут интенсив­ные и небезуспешные исследования по использованию микроволн в медицине и биологии.

Физическая природа микроволнового излучения такая же, как у света или радиоволн. Отли­чие только в частоте, с которой происходят электромагнитные колебания, или в длине волны, что - то же самое, поскольку последняя связана с частотой соотношением:

λ = c/f

где λ длина волны, с — скорость распространения волны, f — частота.



Частота, с которой происходят колебания электромагнитного поля, в значительной степени влияет на его внешние свойства. Все знают о существовании радиоволн, инфракрасного или тепло­вого и ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучах и видимом свете. Но все это разные проявления одного и того же явления — электромагнитных волн. Различие заключается только в одном - в частоте колебаний (рис.1). И, тем не менее, свойства перечисленных явлений могут отличаться как день от ночи. Причина заключается в соизмеримости длины волны с различными физическими объектами. Например, свет или рентгеновское излучение легко проходят через кри­сталл, у которого расстояние между атомами меньше длины волны и, наоборот, длинноволновое из­лучение не сможет проникнуть, допустим, в металлическую трубу даже очень большого диаметра. Поэтому, попав каким-нибудь загадочным образом в цельнометаллический тоннель с транзистор­ным приемником, не пытайтесь его трясти и бить о стену в надежде извлечь звуки, отличные от тре­ска и шипения.

Рисунок 1 – Шкала электромагнитных волн

Если в низкочастотной электронике принято оперировать понятиями токов и напряжений, то в микроволновом диапазоне в большинстве случаев используются величины, характеризующие электромагнитное поле. Главные из них — это напряженность электрического поля Е и напряжен­ность магнитного поля Н. Для наглядности электрические и магнитные поля принято изображать в виде силовых линий. Силовые линии не являются реально существующими физическими величина­ми, а лишь помогают графически отобразить то, что не имеет ни формы, ни цвета, ни запаха. Ка­сательная к силовой линии указывает направление силы, действующей на электрический заряд или магнитный диполь, а плотность расположения силовых линий — на величину напряженности поля.

Например, на рис.2 показано магнитное поле вокруг проводника с током и электрическое поле, образованное двумя точечными зарядами.




Рисунок 2 – Силовые линии электрического поля Е и магнитного Н

Длина волны микроволнового поля - величина того же порядка, что и компоненты электри­ческих схем, поэтому последние очень сильно влияют на его распределение. Если в СВЧ цепь включен резистор, то его ориентация в пространстве, размеры и длина выводов имеют такое же значение, как и номинал, а в некоторых случаях и более важное. Такие компоненты, как конденса­торы и индуктивности, вообще выполняются на СВЧ платах в виде утолщения или сужения токоведущего проводника. В этом есть некоторое преимущество, поскольку многие пассивные элементы технологически можно выполнить очень легко и с минимальными затратами. Например, колеба­тельная система магнетрона, используемого в микроволновых печах, представляет собой медную штампованную болванку со специальными отверстиями. Аналогичная конструкция на более низких частотах потребовала бы не одного десятка конденсаторов и индуктивностей. Но за все в жизни приходится платить. В данном случае некоторая простота в изготовлении с лихвой перекрывается сложностью на этапе расчета и конструирования. Это одна из причин, которые сдерживают широ­кое распространение микроволновой техники. Есть и другие, не менее важные.

Большую сложность представляет проведение измерений на сверхвысоких частотах. Электрические параметры элементов микроволновой техники носят распределенный характер. Ес­ли в радиотехническом колебательном контуре электрическая энергия сосредоточена в конденса­торе, а магнитная в катушке индуктивности, то в СВЧ резонаторе, выполняющем ту же функцию, электрические и магнитные поля переплетены между собой и отделить емкость от индуктивности, за исключением отдельных специфических случаев, не представляется возможным. Пирожок, по­догреваемый в микроволновой печи и, соответственно, являющийся нагрузкой СВЧ цепи, вносит в нее дополнительную емкость, а также индуктивность и сопротивление. Переместив пирожок внут­ри камеры, мы поменяем соотношение между этими параметрами, поэтому бессмысленно изме­рять пирожки в микрофарадах, даже если бы они хорошо подходили для использования в СВЧ цепях по другим причинам.

Еще одно препятствие на пути микроволновой техники лежит в плоскости теории. В класси­ческой электротехнике существует ряд фундаментальных законов, таких, как закон Ома, законы Кирхгофа и др., с помощью которых можно рассчитать электрическую цепь. Однако в СВЧ диапазоне приме­нение этих законов в чистом виде, как правило, невозможно. Все законы классической электротехники имеют ограниченный характер. Это вовсе не означает, что они неверны, но они справедливы только там, где отсутствует излучение.

Микроволновый диапазон - это та часть электромагнитного спектра где классическая электротехника уже не работает, а относительно простые законы оптики еще не работают.


1.2 Типы волноводов
Для передачи энергии от генератора к нагрузке в СВЧ диапазоне используются волноводы. Волновод представляет собой полую, металлическую трубу круглого или прямоуголь­ного сечения (рис.3).

Рисунок 3 – Внешний вид волновода

Электромагнитная энергия передается по волноводу примерно так же, как вода по водопро­водной трубе, внутренняя поверхность волноводов часто полируется и покрывается тонким слоем серебра. С повышением частоты возрастает доля мощности, теряемой на излучение. Однако при дальнейшем повышении частоты возрастают потери, связанные с затуханием сигнала в материале. Потери в вол­новоде, изготовленного из меди с площадью поперечного сечения в десятки миллиметров, возникают из-за того, что токи текут не по всему сечению волновода, а лишь там, куда проникает электромагнитное поле по так называемому скин-слою. Глубина скин-слоя зависит от частоты и удельной проводимости металла, из которого изготовлен волновод.

Большое значение имеет качество внутренней поверхности волновода. Чем выше шероховатость стенок волновода, тем длиннее путь СВЧ токов и тем быстрее происходит затухание волны. Поэтому для снижения потерь волноводы иногда полируют и покрывают тонким слоем серебра, на глубину скин-слоя.

В СВЧ технике встречаются волноводы с различным профилем поперечного сечения: П-образные, Н-образные, круглые, овальные и т.д. В микроволновых печах используются только прямоугольные волноводы.

Распространяемые по волноводу электромагнитные волны условно можно разделить на два основных типа. Волны, имеющие составляющую электрического поля вдоль направления распрост­ранения и не имеющие магнитной, относятся к Е-типу. И наоборот, волны, имеющие магнитную со­ставляющую вдоль направления распространения и не имеющие электрической, относятся к Н-типу. Каждый тип волны обозначается соответствующей буквой с индексом из двух цифр, пока­зывающим число стоячих полуволн вдоль большей и меньшей сторон поперечного сечения волно­вода. Таким образом, по названию волны можно определить соответствующую ей структуру поля.

Если размеры обеих поперечных координат меньше, чем длина полуволны, то через такой волновод волна распространяться не может. В этом случае говорят, что волновод является запредельным для данного типа волны.
1.3 Элементы микроволновой печи
Типовая конструкция микроволновой печи со снятым кожухом показана на рис. 4. Несмотря на кажущееся многообразие микроволновых печей, их внутреннее строение практически одинаково. В некоторые печи введены дополнительные элементы (гриль, конвектор и т.д.), однако это никак не отражается на тех элементах, которые обеспечивают микроволновый нагрев.


Рисунок 4 – Внешний вид микроволновой печи со снятым кожухом

Приготовление пищи происходит в металлической камере, снабженной дверцей для защиты от излучения. Для обеспечения равномерного нагрева пищи служит вращающийся столик, который приводится в движение микродвигателем, находящимся под камерой. Иногда вместо вращающего­ся столика с той же целью используется диссектор — металлическая деталь, по внешнему виду на­поминающая пропеллер, который располагается в верхней части камеры и прикрывается диэлектрическим окном из радиопрозрачного материала. Микроволновая энергия поступает в ка­меру от магнетрона, как правило, через отрезок прямоугольного волновода. Для охлаждения маг­нетрона в процессе работы предназначен вентилятор. Теплый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру, обеспечивая дополнительный подогрев пищи, и затем вместе с образуемым паром выводится наружу через специальные неизлучающие отверстия. Высоковольтный блок питания магнетрона состоит из трансформатора, конденсатора и диода. Чтобы не допустить работу микро­волновой печи с неплотно закрытой дверцей, используются блокировочные микропереключатели. Освещение в камере осуществляется лампой накаливания, обычно располагаемой внутри воздуховода. Режим работы печи задается с помощью блока управления. Последний может быть выполнен либо в виде элект­ромеханического таймера, либо в виде электронного блока, как правило, на основе микроконтрол­лера. Для предотвращения наводок от работающей микроволновой печи во внешнюю цепь используется сетевой фильтр, на котором размещены также один или два предохранителя. Чтобы исключить выход печи из строя из-за перегрева, многие из них имеют термореле, которые обычно располагаются на магнетроне и на камере с внешней стороны.

1.3.1 Камера микроволновой печи
Основная проблема, возникающая в камере микроволновой печи, — это неравномерность нагрева продукта. Причина заключается в том, что камера, по сути, представляет собой резонатор, колебания в котором происходят в виде стоячих волн. Особенностью стоячих волн является нали­чие пространственных максимумов и минимумов электрического поля.

Рисунок 5 – распределение электрического поля и распределение мощности в камере микроволновой печи.

При наличии поглощающей нагрузки, каким является продукт, распределение полей в каме­ре усложняется. Это способствует некоторому выравниванию температуры нагрева в различных частях камеры. Причем, чем больше продукта находится в камере, тем равномернее происходит его нагрев. Выравнивание температуры происходит также за счет конвекции и теплопроводности. Однако всего этого явно недостаточно для нормального приготовления продуктов. Исправить поло­жение можно, для этого нужно чтобы поле действи­тельно равномерно со всех сторон проникало в продукт, необходимо волны, идущие по разным направлениям, разделить во времени.

Существует много различных устройств, реализующих селекцию видов во времени. Наиболь­шее распространение получили диссектор и вращающийся столик.




Рисунок 6 - Диссектор

Он представляет собой несколько металлических лопастей различной конфигурации, закреп­ленных на общей оси, которые расположены в непосредственной близости от ввода СВЧ энергии. Принцип действия диссектора состоит в следующем: во время вращения он своими лопастями воз­мущает электромагнитное поле в том месте, где СВЧ энергия поступает в камеру.

Достоинством диссектора является простота его конструкции и, как следствие, низкая стои­мость и высокая надежность.

Недостатки напрямую связаны с принципом его действия. Чем лучше условия для перемеши­вания поля, тем хуже условия согласования.

Вращение диссектора в микроволновых печах обеспечивается двумя способами: воздушным потоком от вентилятора, охлаждающего магнетрон, или с помощью ременной передачи.

Другим устройством, обеспечивающим равномерный нагрев продукта, является вращающий­ся поддон. Конструктивно он обычно состоит из микродвигателя со встроенным редуктором, стек­лянного или металлического поддона и муфты, снабженной роликами



Рисунок 7 – Микродвигатель и муфта, обеспечивающие вращение поддона

Вращаясь в неравномерно распределенном электрическом поле, каждая точка про­дукта (за исключением центра вращения) поочередно попадает в места с разной интенсивностью поля. В течение полного оборота поглощаемая мощность усредняется, что дает выравнивание тем­пературы.

Если продукт физически неоднороден или расположен несимметрично относительно центра вращения (обычно так и бывает), то при его вращении распределение полей различных видов колебаний будет заметно меняться. В этом случае сам продукт выступает в роли диссектора, причем более эффективного, чем металлический. Поэтому даже в центре вращения напряженность электрического поля будет постоянно изменяться, обеспечивая дополнительную равномерность нагрева.

Одна из наиболее важных и технически сложных деталей микроволновой печи - это дверца камеры. С одной стороны, она должна обеспечить быстрый доступ к камере и возможность визу­ального наблюдения за процессом приготовления пищи, а с другой — обеспечить надежную защи­ту от микроволнового излучения. Рассмотрим устройство типичной дверцы микроволновой печи (рис.8).

Основная ее деталь — это металлический каркас 1, имеющий специально рассчитанный про­филь. Для улучшения дизайна каркас помещен в декоративную пластиковую оболочку 2. С той же целью имеющиеся с внутренней стороны пазы прикрыты пластиковым вкладышем 3, окно 4.

Для фиксации дверцы в закрытом состоянии служат запоры 5 и пружина 6. При закрытии дверцы запоры нажимают кнопки блокировочных микропереключателей 7, разрешающих работу электрической схемы. При открытой или неплотно закрытой дверце, если кнопка хотя бы одного из микропереключателей оказывается не нажатой, электрическая цепь оказывается разомкнутой и микроволновая печь не включится. Рычаг 8 позволяет отжать запоры и открыть дверцу (механизм, соединяющий рычаг с кнопкой "ОТ­КРЫТЬ", на рисунке не показан).

Для обеспечения визуального наблюдения за процессом приготовления пищи в дверце мик­роволновой печи имеется окно 9, выполненное из тонкого, плотно перфорированного металличес­кого листа, который, как правило, приваривается к каркасу дверцы. Иногда окно изготавливают в едином технологическом цикле с каркасом, путем перфорации последнего в надлежащем месте. размеры отверстий в окне не превышают 3 мм, что практически полностью исключает проникнове­ние сквозь них микроволновой энергии.



Рисунок 8 – дверца микроволновой печи

Между корпусом и дверцей микроволновой печи почти всегда имеются щели. Очень сложно обеспечить плотный контакт этих деталей по всему периметру в течение всего срока эксплуатации. Если не принять соответствующих мер, микроволновое излучение будет проникать сквозь эти щели наружу, даже если их размер относительно невелик. Чтобы исключить такое развитие событий, в дверце имеется специальное устройство, именуемое СВЧ дросселем. Конструктивно он выпол­нен в виде паза, проходящего по всему периметру контакта дверцы с корпусом. На рис.9 пока­зано поперечное сечение дросселя. В разных микроволновых печах форма его профиля может несколько отличаться от приведенной на рисунке, но принцип действия всех дросселей одинаков.

Рисунок 9 – Принцип действия дроссельного уплотнения


1.3.2 Магнетрон
Внешний вид магнетрона представлен на рис.10. Излучение микроволновой энергии осуществляется от антенны 1, представляющей собой штенгель, на который плотно посажен металлический колпачок (штенгель — заваренная трубка, через которую в процессе производства магнетрона откачивался воздух). Антенна изолирована от корпуса 6, по переменному току, керамическим цилиндром 2. Внешний кожух магнетрона 3 совместно с фланцем 4 составляют магнитопровод, формирующий необходимое распределение магнитного поля, источником которого служат кольцевые магниты 5. Фланец используется также для крепления магнетрона к микроволновой печи. Радиатор 7 служит для более интенсивного охлаждения магнетрона во время работы. Коробка фильтра 8 содержит внутри себя индуктивные выводы, которые совместно с проходными конденсаторами 9 образуют высокочастотный фильтр, снижающий проникновение СВЧ-излучения по выводам питания 10.

Надежность контакта между магнетроном и корпусом микроволновой печи обеспечивается кольцом из металлической сетки.




Рисунок 10 - Магнетрон

Скорость приготовления пищи в микроволновой печи напрямую зависит от мощности, кото­рую способен генерировать магнетрон. В настоящее время большинство печей имеют магнетроны с номинальной мощностью 700 - 850 Вт, что позволяет, например, довести двухсотграммовый ста­кан воды до кипения в течение 2 - 3 минут.

Рисунок 11 – Возникновение СВЧ-разряда между антенной магнетрона и стенками камеры

В некоторых случаях в микроволновых печах возможно возникновение СВЧ-разряда между ан­тенной магнетрона и корпусом. Это происходит там, где практически отсутствует волновод между магнетроном и камерой и антенна расположена в непосредственной близости от диэлектрическо­го окна. Разряд происходит после пробоя этого окна, как показано на рис.11.
1.3.3 Высоковольтный блок питания
Блок питания магнетрона должен обеспечивать подачу постоянного анодного напряжения на магнетрон Ua = 4.0 кВ и переменное напряжение накала 3.15 В. При этом величина анодного тока составляет примерно 300 мА, а тока накала 10 А. Указанные величины могут незначительно изменяться в ту или иную сторону в зависимости от типа магнетрона и требуемой мощности. Конструктивно блок питания состоит из трансформатора, диода и конденсатора и собран по схеме удвоение напряжения (рис.12).

Рисунок 12 – Принципиальная электрическая схема высоковольтного блока питания

Рассмотрим работу схемы более подробно. Один из выводов высоковольтной обмотки трансформатора соединен с его корпусом, который обычно заземляется. Будем считать, что потенциалами на этом выводе постоянен и равен нулю. Тогда на втором выводе напряжение в течение период будет изменяться от +U до -U. В моменты времени, когда напряжение на выводе положительно, диод находится в открытом состоянии, напряжение на магнетроне равно нулю, а конденсатор будет заряжаться до амплитудного значения переменного напряжения. Когда напряжение поменяет cвой знак, диод окажется в запертом состоянии, а на магнетрон попадет удвоенное напряжение, образованное суммой напряжений на трансформаторе и на зарядившемся конденсаторе. Поскольку отрицательный полупериод напряжение на трансформаторе возрастает по синусоиде, от нуля до амплитудного значения, магнетрон начнет генерировать мощность не сразу, а спустя некоторое время, после того как суммарное напряжение конденсатора и трансформатора достигнет некоторого значения (примерно 3.6кВ). В этот момент начнется генерация мощности, быстро нарастающей от нуля до максимума (при 4.0 кВ). Работа магнетрона будет сопровождаться постепенным разрядом конденсатора. В какой-то момент суммарное напряжение начнет снижаться, выходная мощность пойдет вниз, пока генерация полностью не прекратится. В следующий полупериод опять начнется зарядка конденсатора и т.д.

1.3.4. Блок управления
Блоки управления для микроволновых печей встречаются двух типов: электромеханические и электронные. Имеется две основные функции, которые должен выполнять блок управления: под­держание заданной мощности и выключение печи по истечении установленного времени работы. Независимо от типа исполнения, все печи одинаково успешно справляются с этими задачами. По­скольку электронный блок управления содержит внутри себя микроЭВМ с богатыми потенциальны­ми возможностями. Начиная от встроенных часов и заканчивая отрывками из музыкальных произведений, сигнализирую­щими об окончании работы. Все это можно рассматривать как некоторые излишества, не влияющие на исполнение основных функций.

Величина подаваемого в рабочую камеру уровня микроволновой мощности регулируется временем срабатывания исполнительного устройства, в качестве которого может использоваться реле, микропереключатель или симистор. Исполнительное устройство периодически включает и выключает источник питания магнетрона в соответствии с выбранной мощностью.

Электромеханический блок управления состоит из таймера и связанного с ним механизма ступенчатой регулировки мощности. Часто эти детали выполнены в едином корпусе. Обычно тай­мер включает в себя микродвигатель, редуктор, механический звонок и систему контактов и мик­ропереключателей, обеспечивающих включение блока питания.

Основным элементом блока управления микроволновой печи является микроконтроллер, в котором запрограммированы последовательность и значения выходных сигналов в зависимости от информации, поступающей на его входы. Главным источником входной информации служит клави­атура, на которой пользователь задает время и режимы приготовления пищи. Помимо этого, на вход микроконтроллера поступает сигнал о закрытии дверцы микроволновой печи и с различных датчиков, если таковые имеются. Информация о выбранном режиме работы и о времени, остаю­щемся до конца выполнения программы, отображается на индикаторе. В процессе работы микро­контроллер включает и выключает различные исполнительные устройства, к которым относятся реле, симисторы, пьезоэлектрические звонки и т.д. Блок уп­равления содержит также источник питания, состоящий из понижающего трансформатора, одного или нескольких выпрямителей и стабилизаторов.


1.3.5 Микроконтроллеры
Контроллером принято называть специализированную микроЭВМ, предназначенную для управления конкретными устройствами. Набор функций контроллера обычно ограничен рамками тех задач, которые необходимо решать с помощью этих устройств. Если все основные элементы контроллера расположены на одной микросхеме, то его без колебаний можно назвать микроконтроллером.

Рисунок 13 - Микроконтроллер

С появлением микроконтроллеров цифровая и цифро-аналоговая схемотехника вступила а качественно новый этап своего развития. Задача всякой электронной схемы — это генерация требуемых выходных сигналов в зависимости от сигналов на входе. Раньше для решения этой задачи во многих случаях требовалось создание сложных электронных схем, состоящих из триггеров, логических элементов, дешифраторов и т.п. При этом небольшое изменение функций схемы иногда требовало существенной ее переделки. Микроконтроллер позволяет тот же перечень задач решат программными средствами. В этом случае соотношение между входными и выходными сигналами определяется текстом программы, которая при желании достаточно просто может быть изменена.

В состав микроконтроллера входят следующие основные элементы: микропроцессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM, в латинской транскрипции), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ или ROM), порты ввода-вывода. Дополнительно контроллеры могут комплектоваться различными таймерами, аналого-цифровыми преобразователями и т.п., в зависи­мости от сферы их применения.



Рисунок 14 – Блок-схема контроллера

Основной элемент микроконтроллера - это процессор. Он синхронизирует работу всех ос­тальных устройств и следит за их деятельностью. Кроме того, внутри процессора имеется арифме­тико-логическое устройство (АЛУ), которое условно можно представить как встроенный калькулятор. Во время работы процессор последовательно считывает информацию из памяти, рас­познает записанные там инструкции и либо сам их исполняет.

1.3.6 Прочие элементы микроволновой печи
Термореле предназначены для отключения микроволновой печи при ее перегреве. Термореле устанавливаются на магнетрон, на внешнюю поверхность камеры и иногда на трансформатор, вентилятор и воздуховод.





Рисунок 15 - Термореле и Микропереключатель


Отключенное термореле автоматически восстанавливает соединение, после того как его температура снизится до температуры включения. У нормально работающей микроволновой печи магнетрон нагревается до 80 — 100°С, поэтому с учетом некоторого запаса на него устанавлива­ются термореле с температурой отключения 120 — 160°С.

Микропереключатели используются для блокировки дверцы и в некоторых случаях в качест­ве компонентов кнопки запуска и регулятора мощности в таймере.

Вентиляторы служат для охлаждения магнетрона. При мощности последнего 750 — 850 Вт, они должны обеспечивать плотность воздушного потока 1 м.куб.мин. В некоторых печах воздушный по­ток от вентиляторов осуществляет также вращение диссектора.

Гриль представляет собой инфракрасный излучатель, выполненный в виде мощного нагрева­тельного элемента, заключенного в керамические цилиндры или металлическую оболочку специальной формы. Потребляя примерно такую же мощность, что и магнетрон, гриль медленнее нагревает продукт, за счет инерционности и более низкого КПД. Однако в отличие от микроволн, нагревающих продукт изнутри, гриль производит нагрев снаружи, образуя на нем корочку. Сочетание гриля с микроволновым излучением позволяет достичь хорошего качества и привычного то внешнего вида приготовляемого продукта за короткое время. Гриль является одним из самых надежных элементов микроволновой печи.



Рисунок 16 - Гриль



1.4 Перспективы развития микроволновых печей
Дальнейшее совершенствование микроволновых печей основано на сочетании микроволн с другими способами обработки продуктов и на более эффективном использовании микроконтроллеpa. В настоящее время его возможности реализуются в лучшем случае процентов на десять. Фактически микроконтроллер выполняет в основном функцию электронного таймера, с чем до этого прекрасно справлялся и механический таймер. Основное ограничение на эффективное использование микроконтроллера вызвано отсутствием обратной связи при работе печи. Не зная о текущем состоянии продукта, программа, содержащаяся в ПЗУ, не может полностью обеспечить качествен­ного приготовления, так как она составлена в расчете на определенный состав и вес продукта, которые не всегда точно выдерживаются. Даже температура окружающей среды в какой-то мере может требовать корректив в режиме приготовления пищи.

Хозяйка, стоящая у плиты, ориентируется не столько на время и потребляемую плитой мощ­ность, сколько на вкус, запах и цвет. Когда мясо на сковороде начнет пригорать, умелая хозяйка снимет его с плиты, даже если по рецепту это требуется сделать только через 10 минут. Таким об­разом, осуществляется обратная связь в процессе приготовления. Микроволновая печь дыма не чувствует и в аналогичной ситуации будет действовать строго по программе, т.е. до полного испепеления. При этом подразумевается, что сама программа полностью корректна. Но, как гласит один из законов Мэрфи, если бы строители так строили, как некоторые программисты пишут программы, первый же залетевший дятел разрушил бы цивилизацию. Отсюда вывод: для гарантированного качества приготовляемого продукта, требуется наличие датчиков обратной связи.

Разумеется, вкус, запах и цвет у микроконтроллера никаких эмоций вызывать не будут. Более того, не существует и датчиков реагирующих на эти параметры. Однако можно обнаружить косвенные изменения, происходящие в процессе приготовления пищи, которые могут быть преобразованы в электрические сигналы. А с ними микроконтроллер уже способен разобраться ос­новательно. Следует подчеркнуть, что использование косвенных измерений совсем не означает получение сомнительных результатов. Иногда косвенные методы даже более объективны, чем пря­мые.

В настоящее время существуют датчики, которые позволяют в процессе приготовления про­дукта измерять следующие параметры: температуру продукта, температуру в камере, вес продук­та, начало парообразования, абсолютную и относительную влажность в камере. Рассмотрим более подробно конструкцию, принцип действия и методы использования каждого из перечисленных дат­чиков.



2 Патентное исследование
(11) 786070

(51) М. Кл.3 Н 05 В 6/64

(53) УДК 621.365.55 (088.8)

(54) Сверхвысокочастотная печь
Цель изобретения – повышение надежности защиты обслуживающего персонала от СВЧ излучения.

Формула изобретения. Сверхвысокочастотная печь, содержащая генератор, соединенный с камерой нагрева, передняя стенка которой снабжена загрузочным отверстием с дверцей, отличающаяся тем, что с целью повышения надежности защиты обслуживающего персонала от сверхвысокочастотного излучения, дверца выполнена в виде подвижной гибкой металлической ленты, охватывающей камеру нагрева и перекрывающей в рабочем положении загрузочное отверстие, снабженной отверстием, размеры которого совпадают с размерами загрузочного отверстия, при этом подвижная гибкая лента прижата к поверхности передней стенки введенной прижимной рамкой, а вдоль края гибкая лента на передней стенке введенной прижимной рамкой, а вдоль края гибкой ленты на передней стенке прикреплены полоски из материала, поглощающего сверхвысокочастотного излучение.




(11) 1292209 А1

(51) М. Кл.3 Н 05 В 6/64

(53) УДК 621.365.55 (088.8)

(54) СВЧ - печь
Цель изобретения – повышение равномерности нагрева.

Формула изобретения. СВЧ – печь, содержащая камеру нагрева, в центре основания которой размещена возбуждающая антенна, отличающаяся тем, что с целью повышения равномерности нагрева, в основании камеры нагрева выполнены дугообразные щели, расположенные на разных расстояниях от центра основания камеры нагрева, по концентрическим окружностям, с центром в центре основания.


(11) 1453626 А1

(51) М. Кл.3 Н 05 В 6/64

(53) УДК 621.365.55 (088.8)

(54) Устройство для управления СВЧ-нагревом
Цель изобретения – повышение надежности СВЧ-генератора и увеличение коэффициента использования СВЧ-энергии.

Формула изобретения. Выход первого избирательного участка соединен через введенный первым детектор с одним входом введенного сумматора, к анодной цепи магнетрона подключены введенные последовательно соединенные второй избирательный усилитель и второй детектор, выход которого соединен с другим входом сумматора, причем выход сумматора соединен с управляющим входом регулятора.


(11) 1770680 А1

(51) F 24 C 7/02

(54) Сверхвысокочастотная печь
Цель – повышение надежности работы и срока службы СВЧ-генератора (магнетрона).

Формула изобретения. Сверхвысокочастотная печь, содержащая рабочую камеру, генератор СВЧ-энергии и стирер, отражающая поверхность которого наклонена к оси его вращения, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе и срока службы СВЧ-генератора, отражающая поверхность стирера выполнена в виде асимметричной замкнутой ленты.


Вывод: в ходе патентного исследования выяснилось, что тенденция развития микроволновой техники связано с повышением надежности защиты обслуживающего персонала от СВЧ излучения, повышение надежности работы и срока службы СВЧ-генератора (магнетрона), увеличение коэффициента использования СВЧ-энергии, повышение равномерности нагрева, но мало уделяются вопросам защиты микроволновой печи.


3 Расчетная часть
Расчет трансформатора

1) Определение вторичной мощности трансформатора (мощность нагрузки):

P2 = I2·U2 ,
где I2 – ток во вторичной обмотке трансформатора;

U2 – напряжение во вторичной обмотке трансформатора.

P2 = 1,2·12 = 14,4 Вт
2) Определение первичной мощности трансформатора:

P1 = I1·U1,


где I1 - ток в первичной обмотке трансформатора;

U1 - напряжение в первичной обмотке трансформатора.

P2 = 10,1·230 = 2323 Вт
3) Определение КПД:

η = Р21·100% ,


где Р1 - первичная мощность трансформатора;

Р2 - вторичная мощность трансформатора;

η = 14,4/2323 = 0,6
4) Определение сечения сердечника магнитопровода:




5) Определить количество витков необходимых на 1 вольт:

n = 50/S


n = 50/48 = 1 виток

6) Определить количество витков:

ω1 = n·U1,

ω2 = n·U2,


где ω1 – количество витков первичной обмотки;

ω2 – количество витков вторичной обмотки.

n - количество витков необходимых на 1 вольт

ω1 = 1·230 = 230 витков

ω2 = 1·12 = 12 витков

7) Определить диаметр провода:






где d1 – диаметр провода первичной обмотки;

d2 – диаметр провода вторичной обмотки;

I1 - ток в первичной обмотке трансформатора;

I2 - ток во вторичной обмотке трансформатора;






8) Определить магнитную индукцию:

;
где U1 - напряжение в первичной обмотке трансформатора;

ω1 – количество витков первичной обмотки;

S – площадь поперечного сечения сердечника магнитопровода;

B – магнитная индукция;



;

9) Определить магнитный поток:

U1 = 4,44·f·ω1·Ф,


где f – частота тока (50 Гц);

Ф – магнитный поток;


;


4 Конструкционная часть


Рисунок 17 – схема защиты магнетрона при незагруженной рабочей камере
На рисунке приведена схема защиты, в которой в качестве датчика используется газонаполненная лампа Н, помещаемую в рабочую камеру. Лампа соединена через трансформатор Т и выпрямитель В с конденсатором С и резистором R. Реле К, включенное последовательно с лампой Н, срабатывает только в случае ее ионизации. Ионизация лампы СВЧ – полем может произойти тогда, когда в незагруженной рабочей камере интенсивность поля станет выше критической. Это происходит потому, что энергия поля в этом случае не поглощается нагрузкой. При зажигании лампы срабатывает реле К и своим контактом разрывает цепь питания магнетрона, в результате чего он отключается.



Рисунок 18 – общая схема защиты рабочей камеры

Список литературы


  1. Бессонов «Теоретические основы электротехники»

  2. Рогов И.А., Некрутман С.В. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов – М.: Агропромиздат, 1986 – 351с.

  3. Сапунов Г.С. Ремонт микроволновых печей. – М.: СОЛОН – пресс, 2003. – 272с.: ил. – («Ремонт»)

  4. Журнал «Радио» 2003г.: №5 и №7.





Иной сыплет щедро, и ему еще прибавляется; а другой сверх меры бережлив, и однакоже беднеет. Царь Соломон — Притчи, 11, 2
ещё >>