Как работает свч излучатель. Можно ли заменить магнетрон. Виды внутреннего покрытия камеры в микроволновках

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Микроволновая печь.
Микроволно́вая печь или СВЧ-печь - электронное устройство, предназначенное для подогрева или быстрого приготовления пищи, размораживания продуктов с использованием электромагнитных волн дециметрового диапазона (как правило с частотой 2450 МГц).
В промышленности эти печи используются для разморозки, сушки, плавления пластмасс, обжига керамики, разогрева клеев и т. д. В некоторых промышленных печах частота излучения может изменяться (так называемые англ. variable frequency microwave, VFM).
В отличие от классических печей (например, духовки), разогрев продуктов в микроволновой печи происходит не только с поверхности, но и по объёму продукта, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами на глубине примерно 2,5 см. Это значительно сокращает время разогрева продукта.

Устройство
Источником микроволнового излучения является высоковольтный вакуумный прибор - магнетрон. Для того, чтобы антенна магнетрона излучала микроволны, к нити накала магнетрона необходимо подать высокое напряжение (порядка 3-4 кВ). Поэтому сетевого напряжения питания (220 В) магнетрону недостаточно и питается он через специальный высоковольтный трансформатор. Мощность магнетрона современных микроволновых печей составляет 600-900 Вт. Вырабатываемые магнетроном микроволны поступают в полость печи по волноводу - каналу с металлическими стенками, отражающими СВЧ-излучение. В одних микроволновках волны входят в полость только через одно отверстие (как правило, в верхней части полости), в других - через два отверстия: у «потолка» и у «дна». Если заглянуть в полость печи, то можно увидеть слюдяные пластинки, которые закрывают отверстия для ввода микроволн. Пластинки не позволяют попадать в волновод брызгам жира с разогреваемой пищи, а проходу микроволн они совершенно не мешают, поскольку слюда прозрачна для излучения. Слюдяные пластинки (обтюраторы) со временем пропитываются жиром, становятся рыхлыми, и их нужно менять на новые.

Полость микроволновки изготавливается из металла, который может иметь различное покрытие. В самых дешевых моделях СВЧ-печей внутренняя поверхность стенок полости покрыта краской «под эмаль». Такое покрытие не отличается особой стойкостью к воздействию высоких температур, поэтому не применяется в моделях, где дополнительно к микроволнам используется гриль.

Более стойким является покрытие стенок полости эмалью или специальной керамикой. Специальное покрытие (биокерамическое - Moulinex, антибактериальное - LG) представляет собой специальное соединение, которое спекается при высокой температуре, благодаря чему покрытие камеры представляет собой абсолютно гладкую поверхность. Стенки с таким покрытием легко моются и выдерживают высокие температуры. Недостатком эмали и керамики является их хрупкость по отношению к ударам. Ставя посуду во внутрь микроволновки, нетрудно случайно задеть стенку, а это может повредить нанесенное на неё покрытие. Поэтому, если вы приобрели СВЧ-печь с эмалевым или керамическим покрытием стенок, обращайтесь с ней осторожно.
Наиболее прочными и стойкими в отношении ударов являются стенки из нержавеющей стали. Положительное свойство этого материала - прекрасное отражение микроволн. Минус - то, что если хозяйка уделяет не слишком много внимания очистке внутренней поверхности СВЧ-печи, то не удаленные вовремя брызги жира и пищи могут оставить следы на нержавеющей поверхности.

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:
- металлическая камера, в которой концентрируется высокочастотное излучение и куда помещаются разогреваемые продукты;
- трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
- СВЧ-излучатель - магнетрон;
- волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
- цепи управления и коммутации;
- вращающийся столик (стеклянная тарелка) - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
- схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
- вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Очень важным элементом микроволновой печи является дверца. Она должна дать возможность видеть, что происходит внутри, и при этом исключить выход микроволн наружу. Дверца представляет собой многослойный пирог из стеклянных или пластмассовых пластин.

Кроме того, между пластинами обязательно есть сетка из перфорированного металлического листа. Металл отражает микроволны назад, в камеру печи, а отверстия перфорации, которые делают его прозрачным для обзора, имеют диаметр не более 3 мм. Вспомнив, что длина волны СВЧ-излучения равна 12,25 см, становится ясно, что через трехмиллиметровые отверстия такой волне не пройти.
Чтобы излучение не нашло лазейки там, где дверца прилегает к срезу полости, по периметру дверцы находится уплотнитель из диэлектрического материала. Он плотно прилегает к переднему торцу корпуса СВЧ-печи при закрытии дверцы. Толщина уплотнителя составляет около четверти длины волны СВЧ-излучения. Здесь используется расчет, основанный на физике волн: волны в противофазе гасят друг друга. Благодаря точно подобранной толщине уплотнителя обеспечивается так называемая отрицательная интерференция волны, проникшей внутрь материала уплотнителя, и отраженной волны, выходящей из уплотнителя наружу. Благодаря этому уплотнитель служит ловушкой, которая надежно гасит излучение.
Чтобы полностью исключить возможность генерации микроволн при открытой дверце камеры, используется набор нескольких дублирующих друг друга независимых выключателей. Эти выключатели замыкаются контактными направляющими на дверце печи и разрывают цепь питания магнетрона даже при небольшой неплотности закрытия дверцы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ.
Существует распространённое мнение о том, что микроволновая печь разогревает пищу «изнутри наружу». На самом же деле микроволны идут снаружи внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). Неверное представление вызвано тем, что микроволны не воздействуют на сухие 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).
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод так называемой широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи (слышать изменения шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.
Микроволновое излучение не может проникать внутрь металлических предметов, поэтому невозможно приготовить еду в металлической посуде. Металлическая посуда и металлические приборы (ложки, вилки), находящиеся в СВЧ-печи в процессе нагревания, могут вывести её из строя.
Нежелательно помещать в микроволновую печь посуду с металлическим напылением («золотой каёмочкой») - даже этот тонкий слой металла сильно нагревается вихревыми токами и это может разрушить посуду в области металлического напыления.
Нельзя нагревать в микроволновке жидкость в герметично закрытых ёмкостях и целые птичьи яйца - из-за сильного испарения воды внутри них создаётся высокое давление и, вследствие этого, они могут взорваться. Из этих же соображений не рекомендуется сильно разогревать сосисочные изделия, обтянутые полиэтиленовой плёнкой (либо перед разогревом необходимо проткнуть каждую сосиску вилкой).
Разогревая в микроволновке воду, также следует соблюдать осторожность - вода способна к перегреванию, то есть, к нагреванию выше температуры кипения. Перегретая жидкость способна почти мгновенно вскипеть от неосторожного движения. Это относится не только к дистиллированной воде, но и к любой воде, в которой содержится мало взвешенных частиц.

Микроволновая печь - один из незаменимых приборов на кухне, без которого сегодня домохозяйкам приходится сложно. Все прекрасно знают, как ею пользоваться: ставите блюдо, нажимаете 1-2 кнопки и ждете 2-3 минуты, после чего остается достать уже разогретую пищу. Однако мало кто понимает принцип работы микроволновки, то есть то, как работают основные ее элементы. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Принцип работы микроволновки

Все СВЧ-печи работают по одному принципу, и в роли основного элемента выступает магнетрон - специальное устройство, способное излучать волны малой длины и частотой 2450 МГц. В современных приборах его мощность составляет 700-1000 Вт. Отметим, что при работе он сильно нагревается, поэтому возле него устанавливают вентилятор, который выполняет сразу несколько функций: в первую очередь, он отводит тепло от магнетрона, во вторую - обеспечивает циркуляцию воздуха в камере микроволновой печи. В свою очередь, это обеспечивает равномерный разогрев продуктов.

Собственно, на этом и основан весь принцип работы микроволновки: магнетрон подает короткие волны с высокой частотой, которые воздействуют на пищу и разогревают ее. Конечно, подобное объяснение является примитивным, но и оно дает возможность понять суть процесса.

Более подробное объяснение

Микроволны, излучаемые магнетроном, проходят в камеру печи через специальный волновод - канал с металлическими стенками, отражающими магнитное излучение. После того как эти волны попадают в камеру, они воздействуют на пищу, а точнее - на молекулы воды, которые содержатся в любом продукте питания. В результате диполи (молекулы) под действием микроволн начинают быстро перемещаться, тереться друг о друга, что способствует выделению тепловой энергии. Так и происходит нагрев еды.

Особенность микроволн заключается в том, что они могут проникать вглубь до 3 сантиметров. Остальной объем продукта нагревается от верхнего слоя. Такой принцип работы магнетрона в микроволновке объясняет, почему после разогрева еда может быть горячей сверху и одновременно холодной внутри. Вглубь тепло проникает из-за естественной теплопроводности.

Если вы использовали подобный прибор ранее, то не могли не заметить, что в процессе разогрева он вращается. Это необходимо для того, чтобы микроволны попадали на все участки разогреваемых продуктов.

Защита от микроволн

Учитывая принцип работы микроволновки, логично задуматься о вреде ее для здоровья человека. Безусловно, излучаемые магнетроном микроволны являются вредными для человека. Однако после открытия дверцы магнетрон прекращает свою работу, поэтому человек физически не может ощутить на себе их влияние. А чтобы они не выходили за пределы камеры для разогрева, предусмотрена специальная защита. Все ее стенки выполнены из металла, который отражает волны, и те не могут покинуть пределы прибора. Что касается стеклянной дверцы (она просто обязана быть, чтобы пользователь мог видеть процесс разогрева или приготовления), то она покрыта специальной сеткой, отражающей микроволны. Если эту сетку убрать, то волны могут покидать пространство камеры, и это может реально навредить человеку. Недопустимо использовать СВЧ-печь, если есть повреждение, например, уплотнителя дверцы или ее сетки.

Кстати, учитывая тот факт, что металл отражает микроволны, металлическую посуду использовать недопустимо.

Конструкция устройства

Все СВЧ-печи работают одинаково, следовательно, они имеют один и тот же состав деталей. В частности, можно выделить следующие конструктивные элементы:

1. Магнетрон - основной агрегат, который является источником микроволн.
2. Камера с вращающимся подиумом и металлическими стенками, отражающими радиоволны.
3. Трансформатор для повышения напряжения.
4. Дверца с защитной сеткой и прозрачным стеклом.
5. Коммуникации и схема управления.
6. Волновод.
7. Вентилятор для охлаждения магнетрона.

Все эти элементы принимают то или иное участие в работе печи.

Работа магнетрона

Как уже было сказано, магнетрон - это сердце СВЧ-печи. Он представляет собой электровакуумный диод, выполненный из большого анода цилиндрической формы. Сам анод является медным, он сочетает в себе 10 секторов медной стенки.

В центре устройства находится стержневой катод, внутри канала которого расположена нить. Он предназначается для эмиссии электронов. Чтобы устройство генерировало микроволны, нужно создать в полости магнитное поле. Для этого применяются кольцевые магниты высокой мощности - они находятся по торцам детали. А для создания эмиссии к аноду подают напряжение, равное четырем тысячам вольт. Для достижения такого напряжения вступает в дело трансформатор в микроволновке. Принцип работы любой модели предполагает его наличие.

Также внутри прибора есть проволочные петли, которые подключаются к катоду, а тот к излучательной антенне. Именно с этого элемента микроволны попадают непосредственно в сам волновод, откуда они выходят и попадают в камеру с пищей.

Контроль мощности

Если для готовки еды требуется меньше мощности, то магнетрон может циклически включаться или отключаться. В науке подобная технология называется широтно-импульсной модуляцией.

Для того чтобы прибор мощностью 400 Вт выдал её половину в течение 20 секунд, то его активируют на 10 секунд, после чего отключают питание на те же 10 секунд. Конечно, все это происходит на полной автоматизации.

Охлаждение магнетрона

Отметим, что при работе прибор выделяет большое количество теплоты, следовательно, его нужно охлаждать. Для этого само устройство устанавливают в пластинчатый радиатор, а рядом располагают кулер. Он обдувает радиатор и отводит тепло от магнетрона. Если вентилятор не будет работать, то устройство может просто перегреться в процессе работы и банально выйти из строя. Но чтобы этого не произошло, его дополнительно комплектуют специальным термопредохранителем - защитным устройством.

Назначение предохранителя

Для того чтобы гриль и магнетрон не перегревались, в некоторых моделях устанавливают специальные термопредохранители (термореле). Они могут быть разными. В частности, основное отличие заключается в количестве тепла, которое они способны выдерживать.

Это устройство достаточно простое в плане своей работы. Оно выполнено из алюминиевого сплава, крепится при помощи фланцевого соединения, обеспечивающего надежный контакт с тем участком, на котором производится замер температуры. Внутри корпуса установлена биметаллическая пластина, которая может сопротивляться определенной температуре. И если значение температуры выходит за определенную границу, то пластина сжимается и активирует толкатель, и он размыкает цепь контактной группы. Подача электричества на агрегат после этого прекращается, магнетрон отключается и постепенно остывает, пластина возвращается в свое исходное положение по мере остывания магнетрона. Через определенное время контакты снова замыкаются.

Вот такой простой принцип работы микроволновки, в частности предохранителя от перегрева. Отметим, что в дешевых моделях этот элемент может отсутствовать, так как он совершенно не нужен для нормального функционирования устройства. Это лишь элемент защиты, повышающий надежность и срок службы печи, не более того.

Роль кулера

Говоря о том, как работает микроволновка, принцип работы необходимо объяснять с учетом всех конструктивных элементов, которые в ней могут применяться. Кулер - один из них. Безусловно, это важный компонент системы, без которого устройство и работа микроволновки не будут полноценными.

Его задачаи:

1. Охлаждение магнетрона. Это самая важная задача, без которой магнетрон сгорел бы в первый же день использования печи.
2. Охлаждение других компонентов, которые выделяют тепло при работе. В частности, речь идет о микросхемах.
3. В моделях, где есть гриль, кулер производит охлаждение термореле.
4. Создание избыточного давления в камере, где находится еда. Из-за этого пары и воздух выводятся через вентиляционные пути.

Чаще всего для выполнения всех этих функций достаточно всего одного вентилятора. Благодаря наличию в камере воздуховодных отверстий сам воздух распространяется равномерно.

Устройство камеры

В принципе, физика работы микроволновки сложной не является, ведь еще со школы известно, что сильное электромагнитное излучение опасно для человека. Именно оно исходит от магнетрона и поступает в камеру с пищей, поэтому в этом устройстве необходима сильная многоуровневая система защиты.

Вся рабочая камера внутри покрывается эмалью, что блокирует электромагнитное излучение. Сверху находится металлический кожух, препятствующий проникновению волн в помещение. А для защиты стеклянной дверцы предусматривается стальная сетка с мелкими ячейками - она блокирует излучение частотой до 2450 Гц и длиной волн до 12 см.

Отметим, что дверца - это самое слабое место, через которое микроволны могут просочиться, поэтому она должна максимально прочно прилегать к корпусу и не иметь зазоров. Если будет щель, то эксплуатация прибора запрещается. В этом случае необходимо поправить петли дверцы и вернуть ее в исходное положение.

К тому же алгоритм работы микроволновки предусматривает использование специального защитного устройства от включения с открытой дверцей. Подобная система может быть реализована по-разному, чаще всего используются микропереключатели, контролирующие положение дверцы. Эти переключатели могут выключать магнетрон, передавать информацию о положении дверцы на блок управления.

Панель управления

Она есть на любой модели. В старых устройствах панель управления представлена в виде всего лишь двух (или даже одного) механических переключателей. Одним задается режим работы (разогрев, размораживание и т. д.), другим время. Схема примитивная, но рабочая и простая.

Однако современные модели оснащаются большой сенсорной панелью. Такие панели управления предоставляют пользователю большой функционал и даже возможность программировать режим. Например, можно задать определенное время старта разогрева пищи, длительность процесса, можно даже указать еду или блюда, которые будут разогреваться. И хотя кажется, что такие приборы являются более совершенными, в техническом плане отличий мало. Электронная панель управления не меняет то, как работает микроволновка.

Блок управления

Командоаппарат есть в каждом устройстве (не только в СВЧ-печах), где в определенный момент должно быть выполнено то или иное действие. Благодаря ему обеспечиваются разные функции. В частности, прибор с его помощью может поддерживать заданную температуру, включать или отключать печь после заданной операции.

В более старых СВЧ-печах это устройство представлено в виде двух электромеханических переключателей - они и отвечают за описанные выше функции и играют важную роль в общем устройстве микроволновки. Конечно, со временем электроника развивалась, и в результате появились полностью электронные блоки управления. Сейчас в СВЧ-печах (и не только в них) применяются микропроцессоры и специальные программы, в соответствии с которыми прибор может выполнять ту или иную функцию:

1. Встроенные часы.
2. Размораживание пищи.
3. Подача звукового сигнала о завершении процесса размораживания, приготовления или разогрева еды.

Заключение

Теперь вы более точно понимаете, как работает микроволновка. Принцип работы данного устройства относительно прост. Он основывается на элементарных законах физики.

Закрепим изученное: магнетрон (основной элемент СВЧ-печи) излучает очень короткие радиоволны с высокой частотой. Они воздействуют на молекулы воды, из-за чего те начинают активно двигаться. Этот процесс сопровождается выделением теплоты. Учитывая тот факт, что волны проникают неглубоко в пищу, нагревается только поверхность продуктов, а далее за счет естественной теплопроводности тепло переходит вглубь.

Это и есть основной принцип работы микроволновки. Устройство и основные элементы мы также рассмотрели в данной статье. Все они являются классическими и используются в абсолютно всех моделях от любых производителей. На данный момент описанная выше рабочая схема является единственной, хотя разные производители могут использовать отличающиеся по каким-либо параметрам модули. К примеру, в одной модели может быть использован более мощный магнетрон, который сможет разогреть еду гораздо быстрее. В других компактных моделях этот элемент может иметь низкую мощность, что позволяет создать прибор небольших размеров. Подобных отличий сотни, но принцип работы от этого не меняется совершенно. Конечно, более сильный магнетрон определяет то, сколько работает микроволновка по времени для разогрева пищи одного объема. Поэтому, если не любите ждать, то лучше выбирать модель помощнее.

На этом все. Мы полностью разобрали устройство этого предмета бытовой техники и ответили на большинство вопросов, с ним связанных.

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.

Устройство

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

• металлическая , с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), куда помещаются разогреваемые продукты;
• трансформатор - источник высоковольтного питания магнетрона;
• цепи управления и коммутации;
• непосредственно СВЧ-излучатель - магнетрон ;
• волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
• вспомогательные элементы:
  • вращающийся столик - необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
  • схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
  • вентилятор , охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Разновидности

• с конвекцией (означает, что МВП может обдувать продукт горячим воздухом таким же образом, как обычная духовка).

Принцип работы

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 электропередачи 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 внутрь, задерживаются в наружных слоях пищи, потому разогрев равномерно влажного продукта происходит приблизительно так же, как и в духовой печи (чтобы убедиться в этом - достаточно подогреть варёный картофель «в мундире», где тонкая кожура достаточно защищает продукт от высыхания). 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).

Мощность печи

Мощность СВЧ-печей варьируется в диапазоне от 500 до 2500 Ватт и выше.
Практически все бытовые печи позволяют пользователю регулировать уровень излучаемой мощности. Для этого нагреватель (магнетрон) периодически включается и выключается, согласно установке регулятора мощности (т. е. сам магнетрон имеет только два состояния - вкл./выкл., но чем больше длительность включённого состояния, по отношению к выключенному - тем больше излучённая мощность печи в единицу времени - метод т. н. широтно-импульсной модуляции). Эти периоды включения/выключения можно наблюдать во время работы печи непосредственно (слышать это в виде изменений шума, производимого работающей печью, а также - по изменению внешнего вида некоторых продуктов (надувания некоторых воздушных продуктов, в том числе - пакетов) и т. п.) во время включения и выключения магнетрона.

Меры предосторожности

Советская микроволновая печь «Днепрянка-1»

Вопросы безопасности

Электромагнитная безопасность

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы

Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц в зависимости от продолжительности воздействия. При воздействии излучения 8 и более часов предельно допустимый уровень (ПДУ) - 0,025 мВт/см², при воздействии 2 часа, ПДУ - 0,1 мВт/см², а при воздействии 10 минут и менее, ПДУ - 1 мВт/см².

Мифы о СВЧ-печах

В прессе встречаются утверждения, что микроволновые печи (со снятой дверцей) могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров, с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех. Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово .

См. также

Ссылки

• Вода и микроволны (англ.)