Введение

Микроволно́вая печь, (или СВЧ-печь, устаревшее ударение Микрово́лновая) — бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, размораживания продуктов, а также разогрева материалов (клеев) в производственных целях. Обычно работает на частоте 2450 МГц, хотя в некоторых производственных печах частота излучения может варьироваться (так называемые англ. Variable Frequency Microwave, VFM).

В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не с поверхности, а по всему объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны проникают достаточно глубоко почти во все пищевые продукты. Это сокращает время разогрева продукта.

1 Устройство

Рисунок 1.1 - Схема включения магнетрона

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

1. Металлическая, с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется сверхвысокочастотное излучение), куда помещаются разогреваемые продукты;

2. Трансформатор — источник высоковольтного питания магнетрона;

3. Цепи управления и коммутации;

4. Непосредственно СВЧ-излучатель — магнетрон;

5.Волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;

6. Вспомогательные элементы:

7. Вращающийся столик — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;

8. Схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;

9. Вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

1.1 Принцип работы

Основной принцип работы СВЧ-печи.

Напряжение ~220 вольт через специальную схему управления подается на первичную обмотку силового трансформатора. Далее с помощью силового трансформатора (который выполняет также роль стабилизатора) напряжение подается на схему удвоения напряжения собранную на VD1, C1 (Рис.1.1).

Рисунок 1.1 - Блок питания магнетрона

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.

Данным диодом можно пренебречь, т.е. не устанавливать его, но в этом случае необходимо устанавливать предохранитель строго по номиналу.

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.

Магнетрон (Рис.1.2) - это вакуумный диод, анод которого выполнен в виде медного цилиндра.

Магнетрон крепится непосредственно на волноводе.

1. Металлический колпачок насажан 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.

Рисунок 1.2 – Магнетрон

Дефекты магнетронов:

1. При пробое прокладки часто бывают случаи, когда колпачок расплавляется. Можно заменить колпачком с другого магнетрона.

2. Как любая лампа он может терять свою эмиссию, вследствие долгой работы или из-за включения магнетрона на пустую камеру, в результате чего значительно сокращается мощность энергии и увеличивается время приготовления. Можно увеличить продолжительность срока службы магнетрона, добавив напряжения накала.

Для этого необходимо домотать 0,5 виток накальной обмотки. (В некоторых случаях удается продлить срок службы до 3 лет).

К сожалению, не каждый трансформатор позволяет проделать такую манипуляцию.

3. Пробой переходных конденсаторов можно обнаружить с помощью тестера. Пробой происходит на корпус магнетрона. Лечится путем замены узла 9 (см рисунок).

При замене магнетрона необходимо строго соблюдать правила.

1. Диаметр антенны и крепеж должны точно совпадать с оригиналом.

2. Магнетрон должен плотно соприкасаться с волноводом.

3. Длина антенны должна точно соответствовать оригиналу.

4. Мощность магнетрона должна совпадать.

В некоторых источниках говорится о том, что колпачок с антенны можно не ставить, но при этом, если прогорит, то уже сама антенна (прищемленный конец трубки) и магнетрон придется выкинуть. Лучше покупать магнетроны на фирмах где дадут возможность обменять его, если, например, не подойдет посадочное место.

В тех печах, где производитель располагает магнетрон с коротким волноводом можно наблюдать такой дефект как пробой слюдяной крышки (Рис.1.3).

Рисунок 1.3 - Пробой слюдяной крышки

Первая и основная причина - это включение при недостаточной загрузке или вовсе без нее.

Какими бы малыми ни были поглощающие свойства крышки, но, если в камере печи больше нет объектов, где бы микроволновая энергия могла продемонстрировать свою мощь, она начинает перегреваться, а из-за повышенной напряженности электрического поля, существующей при недостаточном объеме загрузки, на ее поверхности возникают пробои.

Результатом таких пробоев будет обугливание некоторой части крышки, поэтому в дальнейшем процесс может лавинообразно нарастать, даже если последующие включения печи производить в соответствии с правилами.

Вторая причина, приводящая к аналогичным последствиям, может служить чрезмерная загрязненность крышки. Диэлектрические свойства грязи далеки от идеальных, поэтому она будет поглощать энергию и перегреваться.

При определенных условиях температура загрязнений может дойти до такого значения, при котором они начнут обугливаться.

В нашем случае были видны следы жира, затекшего между слюдяной крышкой и корпусом и вытекшем прямо на середину окна.

Явное короткое замыкание и вызвало уже прогорание колпачка (Рис.1.4).

Рисунок 1.4 - Прогоревший колпачок.

Если процесс обугливания не зашел слишком далеко, восстановить работоспособность микроволновой печи можно, сняв крышку и удалив загрязненные и обуглившиеся места.

Выражение «не слишком далеко» означает, что в процессе зачистки вы удалили все лишнее и при этом не дошли до сквозных отверстий.

Качество своей работы вы легко можете проверить, посмотрев крышку на просвет. Обугленные участки менее прозрачны и поэтому затемнены.

В нашем случае слюдяную крышку-прокладку я протёр бензином и поставил прогоревшим местом вниз - перевернул.

Колпачок тоже перевернул прогаром вниз, так как с нижней части колпачка расстояние до корпуса намного больше[1].

Нагрев в печи основан на принципе так называемого «дипольного сдвига». Молекулярный дипольный сдвиг, под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля, что и называется дипольным моментом. А так как поле переменное, то молекулы периодически меняют направление. Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются, ударяются друг о друга, передавая энергию соседним молекулам в этом материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, значит, такое перемешивание молекул по определению увеличивает температуру материала. Таким образом, дипольный сдвиг — это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала.

Нагрев в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием переменного электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Для лучшего нагрева частоту переменного электрического поля нужно установить таким образом, чтобы за полупериод молекулы успели полностью перестроиться. Так как вода содержится практически во всех продуктах, частоту СВЧ излучателя микроволновой печи подобрали для лучшего разогрева именно молекул воды в жидком состоянии, в то время как лёд, жир и сахар нагреваются гораздо хуже. У льда замороженные молекулы воды удерживаются в кристаллической решётке, требуют для дипольного сдвига более низкой частоты (килогерцы вместо гигагерц, например, для удаления льда с линий электропередач используется частота 33 КГц), и частота излучения, используемая в микроволновой печи, оказывается не оптимальной.

Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом деле микроволны идут снаружи вовнутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи. Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие непроводящие материалы, которые обычно бывают на поверхности продуктов, и поэтому их нагревание в некоторых случаях начинается глубже, нежели при других способах нагрева (хлебные изделия, к примеру, разогреваются именно «изнутри», и именно по этой причине — хлеб и булочки снаружи имеют подсохшую корочку, а большинство влаги сосредоточено внутри).