Принцип работы микроволновой печи

Содержание

Из чего состоит и как работает микроволновка

Принцип работы микроволновой печи

Микроволновые печи (СВЧ-печи) уже давно стали самым обыденным бытовым прибором, с помощью которого можно очень быстро разморозить продукты, разогреть уже приготовленную пищу или приготовить блюдо по оригинальному рецепту, и даже продезинфицировать кухонные моющие губки и тряпочки, не содержащие металла.

Наличие удобного, интуитивно понятного интерфейса, а также многоуровневой защиты позволяют даже ребенку справиться с управлением такого сложного и высокотехнологичного устройства, как микроволновка. Некоторые блюда можно легко и быстро приготовить по встроенным программам. А возможные неисправности вполне можно устранить, сделав ремонт СВЧ-печи своими руками.

На чём основан принцип работы СВЧ-печи

Разогрев продуктов, помещенных в камеру микроволновки, происходит за счет воздействия на них мощного электромагнитного излучения дециметрового диапазона. В бытовых приборах применяют частоту 2450 МГц.

Радиоволны такой высокой частоты проникают вглубь продуктов, и воздействую на полярные молекулы (в продуктах в основном это вода), заставляя их постоянно сдвигаться и выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля.

Такое движение повышает температуру продуктов, и нагрев идет не только снаружи, но и до той глубины, на которую проникают радиоволны. В бытовых СВЧ-печах волны проникают вглубь на 2,5—3 см, они разогревают воду, а та, в свою очередь, весь объем продуктов.

Устройство магнетрона — основная составляющая

Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – магнетроном, представляющим собой электровакуумный диод. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди.

В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения.

К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона.

Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки. Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.

Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.

Для получения мощности 400 Вт (или 50% от выходной мощности) можно в течение 10-секундного интервала на 5 секунд включить магнетрон, а на 5 секунд выключить. В науке это называется широтно-импульсной модуляцией.

Магнетрон в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому его корпус помещен в пластинчатый радиатор, который при работе всегда должен обдуваться воздушным потоком из встроенного в микроволновку вентилятора. При перегреве магнетрон очень часто выходит из строя, поэтому его оснащают защитой – термопредохранителем.

Термопредохранитель и зачем он нужен

Для защиты магнетрона от перегрева, а также гриля, которым оснащены некоторые модели СВЧ-печей, применяются специальные устройства, называемые термопредохранителем или термореле. Они выпускаются на разные номиналы температуры, указанные на их корпусе.

Принцип действия термореле очень прост. Его корпус из алюминия прикрепляется при помощи фланцевого соединения к месту, где необходимо контролировать температуру. Так обеспечивается надежный тепловой контакт. Внутри термопредохранителя находится биметаллическая пластинка, имеющая настройки на определенную температуру.

При превышении температурного порога пластинка изгибается и приводит в действие толкатель, который размыкает пластины контактной группы. Питание СВЧ-печи прерывается. После остывания геометрия биметаллической пластины восстанавливается и происходит замыкание контактов.

Назначение вентиляторов СВЧ-печи

Вентилятор является важнейшим компонентом любой микроволновки, без которого ее работы будет невозможной. Он выполняет ряд важнейших функций:

  • Во-первых, вентилятор обдувает главную деталь СВЧ-печи – магнетрон, обеспечивая его нормальную работу.
  • Во-вторых, другие компоненты электронной схемы тоже выделяют тепло и требуют вентиляции.
  • В-третьих, некоторые микроволновки оборудованы грилем обязательно вентилируемым и защищенным термореле.
  • И, наконец, в камере приготовляемые продукты тоже выделяют большое количество тепла и водяного пара. Вентилятор создает в камере небольшое избыточное давление, в результате чего воздух из камеры вместе с нагретым водяным паром выходит наружу через специальные вентиляционные отверстия.

В микроволновке от одного вентилятора, который расположен у задней стенки корпуса и засасывает воздух снаружи, организована система вентиляции при помощи воздуховодов, направляющий воздушный поток на пластины магнетрона, а затем в камеру. Двигатель вентилятора представляет собой простой однофазный асинхронный двигатель переменного тока.

Система защиты и блокировки микроволновой печи

Любая СВЧ-печь имеет внутри мощное радиоизлучающее устройство – магнетрон. СВЧ-излучение такой мощности может нанести непоправимый вред здоровью человека и всех живых существ, поэтому необходимо принять ряд мер по защите.

Микроволновка имеет полностью экранированную металлическую рабочую камеру, которая снаружи дополнительно защищена металлическим корпусом, не позволяющим высокочастотному излучению проникать наружу.

Прозрачное стекло в дверце имеет экран из металлической сетки с мелкой ячейкой, которая не пропускает наружу излучение 2450 Гц, длиной волны 12,2 см, генерируемое магнетроном.

Дверца микроволновой машины плотно прилегает к корпусу и очень важно чтобы этот зазор сохранял свои геометрические размеры. Расстояние между металлическим корпусом камеры и специальным пазом дверцы должно быть равно четверти длины волны СВЧ-излучения: 12,2 см/4=3.05 см.

В этом зазоре образуется стоячая электромагнитная волна, которая именно в месте прилегания дверцы к корпусу имеет нулевое амплитудное значение, поэтому волна наружу не распространяется. Вот таким элегантным способом решается вопрос защиты от СВЧ излучения при помощи самих СВЧ-волн. Такой способ защиты в науке называется СВЧ дроссель.

Для предотвращения включения СВЧ-печи с открытой камерой существует система микропереключателей, контролирующих положение дверцы. Обычно таких переключателей не менее трех: один выключает магнетрон, другой включает лампочку подсветки даже при неработающем магнетроне, а третий служит для того, чтобы «информировать» блок управления о положении дверцы.

Микропереключатели расположены и настроены так, что они срабатывают только при закрытой рабочей камере микроволновки.

Микропереключатели на дверце также часто называют конечными выключателями.

Блок управления — мозг прибора

Блок управления есть у любой микроволновой печи и он выполняет две главные функции:

  • Поддержание заданной мощности микроволновой печи.
  • Отключение печи после истечения заданного времени работы.

На старых моделях электропечей блок управления представляли два электромеханических переключателя, один из которых как раз задавал мощность, а другой промежуток времени. С развитием цифровых технологий стали применяться электронные блоки управления, а сейчас уже и микропроцессорные, которые кроме выполнения двух главных функций могут еще и включать множество нужных и ненужных сервисных.

  • Встроенные часы, которые, безусловно, могут быть полезны.
  • Индикация уровня мощности.
  • Изменение уровня мощности при помощи клавиатуры (кнопочной или сенсорной).
  • Приготовление блюд или размораживание продуктов при помощи специальных программ, «зашитых» в память блока управления. При этом учитывается вес, а нужную мощность печь подберет сама.
  • Сигнализация окончания программы выбранным звуковым сопровождением.

Кроме этого, у современных моделей есть верхние и нижние грили, функция конвекции, которыми также «руководит» блок управления.

В блоке управления есть свой источник питания, обеспечивающий работу блока и в дежурном, и в рабочем режиме. Важным компонентом является релейный блок, который коммутирует по командам силовые цепи магнетрона и гриля, а также цепи вентилятора, встроенной лампы и конвектора. Блок управления связан шлейфами с клавиатурой и панелью индикации.

Занимательное видео с рассказом о принципе работы СВЧ-печей

Посмотрите как просто объясняется то, благодаря чему работает этот удивительный прибор.

Источник: http://elektrik24.net/bytovye-elektropribory/pechi_svch/princip_raboty.html

Принцип работы микроволновой печи: схемы, частота и видео

Принцип работы микроволновой печи

Как именно работает микроволновая печь? Что заставляет нагреваться еду, воду и другие вещества, в то время как воздух или стекло в микроволновке почти не нагреваются? Как правильно обращаться с микроволновкой, чтобы не испортить ее саму и приготавливаемое блюдо? Ответы на эти вопросы вы найдете в нашей статье!

Принцип работы микроволновки

Правильное полное название микроволновки – печь с токами сверхвысокой частоты (СВЧ). Внутри нее (за приборной панелью) есть специальное устройство для излучения радиоволн – магнетрон, что можно увидеть из схемы:

Когда работает магнетрон, выделяемые им электромагнитные колебания определенной частоты заставляют дипольные молекулы внутри печи колебаться с той же частотой. Самой распространенной в природе дипольной молекулой является молекула воды (в продуктах – еще жиры и сахара).

На молекулярном уровне высокая частота колебаний превращается в повышение температуры, поэтому любые продукты с высоким содержанием воды быстро разогреваются. Если же молекул воды внутри продуктов (или материалов) очень мало или нет совсем, нагрев почти не происходит.

Глубина проникновения микроволн небольшая – 2-3 сантиметра, однако поверхность приготовляемого блюда СВЧ-волны пронзают легко, а в глубине они встречают сопротивление молекул воды, поэтому продукт фактически прогревается изнутри.

Чтобы нагрев продуктов происходил равномерно, используется несколько подходов:

  • Диск из жаропрочного стекла в нижней части СВЧ-печи. Он вращается вместе с блюдом, подставляя под излучение магнетрона все его стороны.
  • Микроволны. Они подаются по специальному волноводу (широкой трубке) от магнетрона на вращающийся отражатель, расположенный обычно в верхней части СВЧ-печи. В таких микроволновках можно разогревать неподвижные блюда большого размера и веса.

Еще бывают так называемые инверторные СВЧ-печи. Они отличаются от обычных моделей тем, что магнетрон работает непрерывно, но со снижением потребляемой мощности. Это достигается за счет использования в печи так называемого инвертора (преобразователя постоянного тока в переменный) вместо традиционного трансформатора.

Во многих моделях микроволновок магнетрон закрыт специальной полупрозрачной пластинкой. Она прозрачна для СВЧ-лучей, но не позволяет пару, брызгам жира и прочим посторонним веществам попадать внутрь микроволновки через отверстие в экранировании. Не вынимайте эту пластину, а если это требуется для чистки от жира, то после полного высыхания обязательно верните на место.

Всё о чистке микроволновой печи ищите в этой статье: https://sovetexpert.ru/chistka-mikrovolnovoj-pechi.html.

Несмотря на распространенное мнение, СВЧ-излучение не убивает микробы. По крайней мере, научно это не доказано. С другой стороны, комплексное воздействие высокой температуры и микроволн на молекулы воды внутри бактерий и вирусов в течение нескольких минут уменьшает их количество многократно, а с теми, что остались, ваша иммунная система справляется самостоятельно.

Частота работы микроволновки

Большинство магнетронов излучает волны на частоте 2450 МГц (мегагерц, или миллионов колебаний в секунду). Это волны дециметровой длины (длиной в 12,25 см).

Некоторые промышленные установки, например в США, работают с частотой 915 МГц.

Вынужденные колебания молекул воды не являются резонансными колебаниями, так как для них резонансная частота на порядок выше – 22,24 ГГц (гигагерц, или миллиардов колебаний в секунду).

Бояться вредного излучения от микроволновки не надо. Первый массовый выпуск микроволновок был произведен в Японии фирмой «Sharp» в 1962 г. С тех пор прошло очень много лет, десятки миллионов японцев десятилетиями разогревают еду в СВЧ-печах и при этом средняя продолжительность жизни японцев является предметов зависти всего мира.

Как работает гриль в микроволновке?

Гриль позволяет вам жарить продукты в СВЧ-печи с помощью обычного жара, а не микроволн. Именно она делает на блюдах аппетитную корочку, которая при обычной СВЧ-обработке не появляется.

Спираль гриля находится в верхней части печи и бывают двух видов:

  • ТЭНы (теплоэлектронагреватели). ТЭН – это металлическая трубка, внутри которой находится тонкая спираль из сплава никеля и хрома. Через спираль проходит ток, и она нагревается.
  • Кварцевые. Кварцевый гриль – это тоже ТЭН, только вместо металлической трубки – стеклянная оболочка, между спиралью и трубкой – изолирующий кварцевый песок.

Бывают конструкции СВЧ-печей с грилем и конвекцией. Конвекция – это просто обдув горячим воздухом вашего блюда во время приготовления. Для такого обдува в микроволновке устанавливают вентилятор, сдувающий разогретый воздух от спирали гриля в сторону блюда.

Большинство моделей микроволновок позволяют одновременно использовать и ТЭН, и СВЧ. Однако имейте в виду, что такая комбинация может сильно нагревать розетку и провода в вашем помещении.

Читайте в следующей статье о принципах выбора микроволновой печи под свои запросы: https://sovetexpert.ru/kakuyu-kupit-mikrovolnou.html.

Инструкция по работе с микроволновой печью

Чтобы правильно обращаться со своей микроволновой, нужно внимательно подходить ко всем пунктам – начиная с выбора посуды и заканчивая правильным выключением после применения.

Какую посуду использовать?

Лучший материал для разогрева в микроволновке – жаропрочная стеклянная посуда. Также хорошо подходят фарфор и другие керамические изделия, бумага (картон). Сквозь них микроволны проходят очень легко и почти не нагревают их. А вот от посуды из следующих материалов надо отказаться:

  • Пластика. Хорошо пропускает СВЧ-излучение, но из-за токсичных компонентов при изготовлении (например, пенополистирол) может представлять опасность для вашего здоровья.
  • Металла. Они проводят электрический ток, не пропуская микроволны. Так что приготовить или просто разогреть блюдо в алюминиевой кастрюле или чугунном горшке не получится. Металл просто не пропустит электромагнитные волны к продуктам, и они останутся холодными. Сам металл при этом, конечно, нагреется, и от его тепла могут нагреться и продукты. Но это может привести к поломке СВЧ-печи, да и ждать приготовления блюда придется долго. Инструкцию по ремонту микроволновых печей читайте тут.
  • Меламина. Это легкий и красивый материал для посуды, похожий на фарфор, но его нельзя ставить в СВЧ-печь. Дело в том, что при нагреве он выделяет токсины, опасные для вашего здоровья.

Что касается формы посуды, то она может быть любой, но не с узким горлом, поскольку при использовании для разогрева в микроволновке она может быть опасной.

Дело в том, что некоторые жидкости нагреваются до температуры кипения, но бурного перемешивания внутри объема при этом не происходит. А вот когда вы достанете такой кувшин или колбу из СВЧ-печи, жидкость мгновенно взбурлит, кипящая пена выльется из емкости, и можно получить ожог.

Например, так ведут себя при некоторых условиях дистиллированная вода и некоторые очищенные масла растительного происхождения.

Рекомендуем прочесть статью о том, какая посуда подойдет для микроволновки.

Правильное обращение с продуктами

Изначально стоит точно определить, что нельзя размораживать в микроволновке:

  • Сливочное масло. Если его положить в микроволновку и оставить надолго, оно не просто растает, а еще и вскипит, испачкав всю печь изнутри. Так происходит потому, что внутри масла есть не только собственно масло, но и вода. Она вскипает при 100 градусах, а масло примерно при 120. Так что вода может перейти в пар еще до таяния масла, и водяной пар разнесет масло по всей печке.
  • Продукты с плотной оболочкой. Например, это яйца, помидоры, цельная печень птицы. При нагреве некоторая часть воды не просто постепенно нагревается, а сразу превращается в пар. Если греть продукты долго, то еще больше пара образуется от прямого нагрева. Этому пару некуда выйти, поэтому давление внутри емкости растет и приводит к взрыву.
  • Герметично закрытую посуду. Например, консервы и бутылки. Причина та же, что и в предыдущих пунктах – высока вероятность взрыва.

Далее во внимание стоит принять советы, как правильно обращаться с продуктами при разогреве или готовке в микроволновке:

  • Сосиски, плотно упакованные в оболочку, перед СВЧ-разогревом обязательно нужно проткнуть вилкой, чтобы создать отверстия для выхода пара, иначе он разворотит сосиски изнутри.
  • В яйцах и другие продуктах нужно разрушить все внешние и внутренние оболочки, например, сделать омлет или разрезать печень.
  • Для варки яиц и других продуктов в микроволновке используются специальные кастрюльки с экранированием. В нее наливается вода, она-то и греется от СВЧ-волн, а до яиц электромагнитное излучение не доходит – их закрывает экран.
  • Если в микроволновку ставится небольшое по объему блюдо, следует добавить к нему обычный стакан с водой. Так вы избежите перегрева магнетрона.
  • Любые жидкие блюда в микроволновке лучше посолить заранее, а не после приготовления. Так вы сэкономите время и электроэнергию. Дело в том, что дистиллированная (несоленая) вода в микроволновке греется и закипает, но дольше, чем обычная вода.
  • Очень сильно замороженный продукт (мясо, например) будет размораживаться в микроволновке довольно долго, и включать СВЧ-печь при этом нужно на минимальную мощность. Причина в том, что молекулы льда – не молекулы воды, СВЧ-волны не расшатывают их так интенсивно. Кроме того, молекулы льда образуют достаточно жесткую структуру и их не так легко «раскачать», как молекулы воды.

Сухой хлеб часто рекомендуют «размягчить» в микроволновке, но он может загореться при длительном воздействии и максимальной мощности СВЧ-излучения. Это же может произойти даже с попкорном, рассчитанным на приготовление именно в микроволновке. Следовательно, когда в микроволновую печь помещаются такие продукты, нужно быть бдительным.

Правила включения/выключения

Нельзя включать пустую микроволновку, тем более на полную мощность:

  1. Внутри печи все стенки (и даже дверца) являются специальным металлизированным экраном, отражающим микроволны обратно внутрь микроволновки. Единственное место, где нет экрана – отверстие для выхода электромагнитных волн из магнетрона.
  2. Когда на поддоне находятся продукты, микроволны расходуют свою энергию на нагрев этих продуктов. Если же энергию впитывать нечему, СВЧ-излучение отражается от стенок экранирующих поверхностей, при этом плотность волн возрастает все больше.
  3. СВЧ-излучение попадает обратно в магнетрон, и если он состоит из металла, то просто перегреется и может выйти из строя.

Считается, что после разогрева блюда в СВЧ-печи лучше дать ему постоять 3-5 минут. Тогда успевают нейтрализоваться так называемые «свободные радикалы», то есть части молекул, распавшихся на части под воздействием микроволн.

: Как работает микроволновка?

Все вышесказанное о принципе работы устройства хорошо иллюстрируется в следующем видео:

После прочтения нашей статьи вы стали намного лучше разбираться в принципе работы СВЧ-печи. Теперь вы знаете, что она может делать лучше обычной духовки и электроплитки, а что не может, и какие действия вообще недопустимы при работе с микроволновкой.

Источник: https://sovetexpert.ru/princip-raboty-mikrovolnovoj-pechi.html

Принцип работы и схема включения магнетрона микроволновой печи

Принцип работы микроволновой печи

Микроволновая печь прочно вошла в обиход и стала одним из незаменимых атрибутов любой квартиры. Этот бытовой прибор позволяет за считаные минуты разогреть или приготовить пищу при помощи невидимого для глаза излучения.

Но чтобы узнать, откуда берется это излучение и насколько оно безопасно для человека, необходимо понимать устройство и принцип работы магнетрона микроволновой печи, который и является генератором высокочастотных волн.

Магнетрон

Что такое микроволны и как они нагревают пищу

Микроволновым называется электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм до 1 м. Данный вид излучения используется не только в бытовых целях, но также в системах навигации и радиолокации, а кроме того обеспечивает работу сотовой связи и спутникового телевидения.

Микроволны могут генерироваться как искусственным, так и естественным способом (например, на Солнце). Другое название микроволн – это излучение сверхвысокой частоты, или СВЧ.

Во всех типах бытовых микроволновок установлена единая частота излучения, равная 2450 МГц. Данная величина является международным стандартом, которого производители бытовой техники должны строго придерживаться, чтобы их продукция не создавала помехи в работе других микроволновых устройств.

Микроволновое излучение

Тепловое воздействие СВЧ-излучения было обнаружено американским физиком Перси Спенсером в 1942 году. Именно он запатентовал применение устройства, генерирующего микроволны, для приготовления пищи, тем самым положив начало использования микроволновых печей в быту.

В последующие несколько десятилетий эта технология была доведена до совершенства, что позволило наладить массовый выпуск простых и недорогих устройств для быстрого разогрева пищи.

Чтобы нагреть какой-либо материал в микроволновой печи, необходимо присутствие в его составе дипольных молекул, то есть молекул, имеющих противоположные электрические заряды на обоих концах.

В пищевых продуктах главным их источником является вода. Под воздействием излучения сверхвысокой частоты эти молекулы начинают выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля, меняя свое направление около 5 миллиардов раз в секунду. Возникающее между ними трение сопровождается выделением тепла, которое и нагревает пищу.

Однако микроволны не способны проникнуть глубже, чем на 2-3 см от поверхности продукта, поэтому все, что находится под этим слоем, прогревается за счет теплопроводности от нагретых участков.

Нагрев пищи при помощи СВЧ

Устройство магнетрона и его применение

В большинстве видов микроволновой техники генератором сверхвысокочастотных колебаний является магнетрон. Устройства, похожие по своему принципу действия – клистроны и платинотроны, не получили настолько широкое распространение. Впервые магнетрон был применен в СВЧ-печах в 1960 году. Наиболее часто в технике используется многорезонаторный магнетрон, состоящий из нескольких компонентов:

  1. Анод. Представляет собой медный цилиндр, разделенный на сектора с толстыми металлическими стенками. Эти объемные полости и являются резонаторами, создающими кольцевую систему колебаний. На анод подается напряжение порядка 4000 вольт.
  2. Катод. Расположен в центральной части магнетрона и представляет собой цилиндр, внутри которого находится нить накаливания. В этой части устройства происходит эмиссия электронов. На подогреватель (нить накала) подается напряжение 3 вольта.
  3. Кольцевые магниты. Электромагниты или постоянные магниты большой мощности, расположенные в торцевых частях прибора, необходимы для создания магнитного поля, направленного параллельно оси магнетрона. Движение электронов также осуществляется в этом направлении.
  4. Проволочная петля. Она соединена с катодом, закреплена в резонаторе и выведена к антенне-излучателю. Петля служит для вывода сверхвысокочастотного излучения в волновод, после которого оно попадает прямо в камеру микроволновки.

Устройство магнетрона

Благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости магнетроны нашли применение во многих сферах, но наибольшее распространение они имеют:

  • В СВЧ-печах. Помимо быстрого приготовления и размораживания пищи в бытовых печах, магнетроны позволяют также выполнять производственные задачи. Промышленная микроволновая печь может осуществлять нагрев, сушку, плавление, обжиг и многое другое. При этом важно помнить, что микроволновку нельзя включать пустой, поскольку в этом случае излучение не будет ничем поглощаться и вернется обратно на волновод, что может привести к его поломке.
  • В радиолокации. Антенна радара, подключенная к волноводу, фактически является коническим облучателем и используется совместно с параболическим отражателем (тарелкой). Магнетрон вырабатывает мощные короткие импульсы энергии с малой длиной волны, часть которой, отражаясь, снова поступает на антенну и далее на чувствительный приемник, обрабатывающий сигнал и выводящий его на экран.

Магнетроны в радиолокации

Принцип работы магнетрона

Работа микроволновой печи основана на преобразовании электрической энергии в электромагнитное излучение сверхвысокой частоты, которое приводит в движение молекулы воды, находящиеся в пище.

Дипольные молекулы, постоянно меняющие направление, вырабатывают тепло, которое и позволяет быстро нагреть продукты, при этом сохраняя их полезные свойства.

Устройством, которое генерирует микроволны, является магнетрон.

Магнетрон, по сути, является электровакуумным диодом, в работе которого применяется явление термоэлектронной эмиссии. Данное явление возникает в процессе нагрева поверхности эмиттера или катода.

Под действием высокой температуры наиболее активные электроны стремятся покинуть его поверхность, но это будет происходить только тогда, когда на анод подается напряжение. При этом возникает электрическое поле, и электроны начинают движение к аноду, направляясь вдоль его силовых линий.

Если электроны оказываются в зоне действия магнитного поля, то их траектории отклоняются в сторону направления силовых линий.

https://www.youtube.com/watch?v=JXFk7L2JmwI

Электровакуумный диод

Анод магнетрона имеет форму цилиндра с системой полостей, или резонаторов, внутри которого находится катод с нитью накаливания.

Два кольцевых магнита, расположенных по краям анода, создают внутри анода магнитное поле, благодаря которому электроны не движутся напрямую от катода к аноду, а меняют свою траекторию, вращаясь вокруг катода.

Вблизи резонаторов электроны отдают им часть своей энергии, что приводит к образованию в их полостях мощного сверхвысокочастотного поля, которое выводится наружу с помощью проволочной петли, подключенной к антенне-излучателю.

Чтобы привести в действие магнетрон, необходимо подать на анод высокое напряжение порядка 3-4 тысяч вольт. Поэтому подключение магнетрона к бытовой электросети осуществляется посредством высоковольтного трансформатора.

Помимо этого схема включения микроволновой печи включает в себя волновод, передающий излучение внутрь камеры, цепь коммутации, блок управления, а также элементы защиты и охлаждения.

Кроме того, внутренние стенки камеры и тонкая металлическая сетка на дверце устройства препятствуют выходу излучения за его пределы.

Схема включения магнетрона

Как магнетрон влияет на мощность СВЧ

Большинство современных производителей микроволновых печей предлагают возможность выбора мощности прибора. От этого параметра, в свою очередь, зависит режим работы (разморозка или нагрев) и скорость нагрева пищи.

Однако конструктивные особенности магнетрона не позволяют уменьшить его мощность, поэтому для снижения интенсивности нагрева питание на него подается через определенные промежутки времени.

Эти паузы в работе магнетрона можно заметить, если включить микроволновку на средней мощности и прислушаться к звуку ее работы.

Не так давно некоторые производители бытовой техники заявили о появлении ряда моделей микроволновых печей с инверторной схемой питания.

Применение этой схемы позволило не только увеличить объем полезного пространства в камере за счет уменьшения габаритов излучателя, но и снизить энергопотребление устройства.

В отличие от обычных моделей, температура нагрева в печах инверторного типа меняется плавно, однако их стоимость на порядок выше.

Охлаждение и защита магнетрона

Во время работы магнетрон выделяет большое количество тепла, поэтому на его корпус устанавливается радиатор. Поскольку перегрев является основной причиной выхода из строя магнетрона, то для его защиты применяются и другие методы:

  1. Термореле. Данное устройство используется для защиты магнетрона, а также гриля, если он имеется в модели. Термопредохранитель оснащен биметаллической пластиной, которая может быть настроена под определенную температуру. При превышении этого значения она изгибается и размыкает цепь питания.
  2. Вентилятор. Он не только обдувает прохладным воздухом радиатор магнетрона, но и выполняет ряд других полезных функций, таких как охлаждение электронных компонентов устройства, циркуляция воздуха внутри камеры во время работы гриля, а также отвод горячего пара наружу через специальные отверстия.
  3. Система блокировки. Несколько микропереключателей контролируют положение дверцы микроволновки, не позволяя магнетрону включаться при ее открытом положении.

Термореле

Можно ли заменить магнетрон

Главное преимущество современных магнетронов для бытовых микроволновых печей в их взаимозаменяемости. На различные модели микроволновок будут подходить магнетроны производства других фирм, поэтому при необходимости их можно менять.

При этом единственным необходимым требованием будет соответствие по мощности. Купить магнетрон можно во многих магазинах электроники, однако чтобы сделать правильный выбор, необходимо разобраться в его параметрах и маркировке.

Наиболее часто в микроволновках устанавливаются следующие модели магнетронов:

  • 2М 213 (600 Вт номинальной мощности и 700 Вт под нагрузкой);
  • 2М 214 (1000 Вт);
  • 2М 246 (1150 Вт – наибольшая мощность).

Даже изучив все необходимые параметры этого устройства, производить замену магнетрона в домашних условиях не рекомендуется. Во-первых, снять его самостоятельно будет довольно тяжело, а во-вторых, обеспечить его безопасную работу после установки сможет только квалифицированный специалист.

Стандартная конфигурация магнетрона

Диагностика неисправностей и причины их появления

Замена магнетрона может потребовать довольно существенных финансовых затрат, поэтому прежде чем покупать новое устройство, необходимо произвести диагностику старого, чтобы убедиться, что оно действительно неисправно. Проверка может быть выполнена в домашних условиях с помощью обычного тестера. Для этого потребуется:

  1. Отключить микроволновку от электросети.
  2. Снять защитную крышку и провести визуальный осмотр детали.
  3. «Прозвонить» основные элементы печатной платы при помощи тестера или «мультиметра».
  4. Провести осмотр термореле.

Диагностика

По окончании диагностики можно сделать выводы о неисправности тех или иных деталей. К основным причинам выхода из строя магнетрона можно отнести следующие:

  • Неисправность колпачка вакуумной трубки. Его можно заменить самостоятельно, просто подобрав аналогичный колпачок с другого магнетрона. Посадочные места таких колпачков имеют стандартную конфигурацию.
  • Обрыв подогревателя. При включении пустой микроволновки или ее неправильной загрузке магнетрон будет перегреваться, что может привести к чрезмерному накаливанию нити и ее обрыву. Для ее диагностики необходимо измерить сопротивление между ножками конденсатора. Если его значение находится в пределах 5-7 Ом, то подогреватель исправен.
  • Пробой проходного конденсатора. Если тестер не показывает «бесконечное» значение сопротивления между его контактами, то конденсатор необходимо заменить.

Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/mikrovolnovka/princip-raboty-magnetrona/

Микроволновая печь: действие и принцип работы, устройство СВЧ печи и вред, на какой частоте работает

Принцип работы микроволновой печи

Микроволновые печи вошли в наш быт достаточно давно, но споры об их полезности и безопасности ведутся до сих пор. Любопытно, что, решая подобные вопросы на всевозможных форумах и при личных встречах, подавляющее большинство даже приблизительно не представляет себе принцип работы микроволновки.

Именно поэтому прежде чем задаваться вопросом: друг она вам или враг, имеет смысл выяснить, что собой представляет этот удивительный агрегат, способный вскипятить стакан воды или приготовить курочку без использования видимого источника тепла. Практически каждый видел микроволновку в работе, но мало кто представляет, как она это делает.

Действие и принцип работы

Принцип работы микроволновой печки заложен в ее названии — воздействие на тело (в данном случае продукты) — сверхвысокочастотным излучением (СВЧ-излучением или просто СВЧ).

Под воздействием высокочастотных электромагнитных колебаний продукты нагреваются до высокой температуры, что позволяет разогревать или даже готовить блюда без использования классических термонагревателей.

Кстати, этот же метод используется не только для приготовления пищевых продуктов, но и для тепловой обработки технических изделий: отжига и закалки, скажем, сверл, шестеренок, ножей и т. п.

Главное условие, необходимое для работы микроволновки, — наличие в объекте так называемых полярных молекул. Именно на них и воздействует электромагнитное поле прибора. К счастью, практически во всех продуктах питания (за исключением, разве что, полностью обезвоженных) присутствует вода, которая и состоит из таких молекул.

Попадая в мощное переменное электромагнитное поле, такие молекулы начинают быстро менять свое положение, следуя за постоянно изменяющимся направлением магнитного поля. В процессе вращения эти молекулы в буквальном смысле трутся друг о друга, а что при этом происходит – знает всякий.

Попробуйте быстро потереть ладони одна о другую — чувствуете тепло?

Благодаря переменному электромагнитному полю полярные молекулы воды начинают быстро вращаться.

Основное же отличие воздействия микроволнового излучения на объект от обычного трения или нагрева открытым пламенем состоит в том, что нагревается не только поверхность предмета, но и глубинные его слои. Это обусловлено тем, что СВЧ излучение действует не только на поверхности объекта, но и проникает вглубь него, заставляя молекулы двигаться и нагреваться.

Глубина проникновения зависит от частоты излучения. И для стандартных микроволновых печей, работающих на частоте 2.4 ГГц, составляет 1.5–2.5 см.

Нетрудно догадаться, что, к примеру, пирожок, помещенный в СВЧ печь, прогреется полностью и равномерно и изнутри, и снаружи.

Причем сделает он это за самое короткое время, поскольку скорость нагрева тела в СВЧ поле составляет 0.3-0.5 градусов в секунду. 10 секунд — +5 градусов. Минута — +30 градусов.

Достоинства и недостатки

Итак, пора сформулировать главные отличия СВЧ подогрева от классического:

  1. Высокая скорость прогрева. Поскольку обработка высокочастотным (ВЧ) полем ведется одновременно по всему объему, продукт разогревается исключительно быстро — за считаные минуты.
  2. Равномерный прогрев. Благодаря равномерному прогреву нет необходимости нагревать его внешний слой до повышенной температуры. Это исключает подгорание.
  3. Возможность автоматизации приготовления. При использовании СВЧ печи отпадает необходимость следить за процессом — мешать, переворачивать и пр. Достаточно указать вес и тип заложенного продукта и описать необходимую операцию: прогрев, готовка и пр. Все остальное прибор сделает самостоятельно.
  4. Невозможность обжарки. СВЧ поле, в отличие от сковороды или гриля, прогревает продукты равномерно, а значит не в состоянии их зажарить до хрустящей корочки.

Единственным, казалось бы, недостатком, присущим микроволновкам, является невозможность обжаривания, но и этот вопрос конструкторы решили, оснастив устройство обычными термоэлектронагревателями, как у электродуховки. С их помощью вы можете легко обжарить продукт.

Кроме того, существуют так называемые тарелки Крусти, выполненные из специального материала, который безопасно разогревается токами СВЧ.

Положите на такую тарелку отбивную и печка не только быстро ее приготовит, но и зажарит, поскольку этот поддон накаляется до 200 градусов.

Устройство СВЧ печи

Теперь пришло время разобраться, как устроена микроволновка. Сердцем любой подобной печки является специальный генератор, создающий высокочастотное электромагнитное поле большой интенсивности. Называется он магнетроном.

Далее, поле, им созданное, при помощи волноводов специальной конструкции направляется в камеру для продуктов. Делает он это таким образом, что весь внутренний объем камеры «заполняется» полем равномерно, обеспечивая качественный прогрев продуктов любого объема.

Дополнительно этому способствует и вращающийся поддон, которым оснащают большинство микроволновок.

Магнетрон занимает самое почетное место под крышкой прибора.

Контролирует работу ВЧ генератора электронный блок, собранный на микропроцессоре. Встроенные в блок микропрограммы позволяют устанавливать желаемый режим приготовления продуктов, контролируют температуру в камере, влажность, время приготовления.

Они же следят и за безопасностью использования печки — закрыта ли защитная дверца, нет ли пробоя изоляции, не поднялась ли температура внутри камеры выше критической и пр. Управление контроллером осуществляется с пультов того или иного типа — кнопочных, сенсорных и пр.

Ну и, естественно, имеется в печи и блок питания, обеспечивающий энергией всю электронику и сам магнетрон.

Вот так выглядит микроволновая печь на схеме.

Опасность и вред микроволновки

А теперь самый главный вопрос, который беспокоит едва ли не каждого владельца микроволновки: представляет ли прибор какую-либо опасность для окружающих? Существует множество мифов об опасности использования СВЧ технологий в быту. Основные из них:

  1. Радиационная опасность.
  2. Опасность электромагнитного излучения.
  3. Плохое влияние СВЧ на качество приготовляемых продуктов.
  4. Возможность физического поражения полем СВЧ.
  5. Повышенная опасность поражения электрическим током высокого напряжения.

Радиационное поражение

Согласно этому мифу, все, кто находятся рядом с СВЧ печью, получают радиационное облучение. Более того, даже выключенная печка «лучит» не хуже чернобыльского трактора. Но если верить основам ядерной физики (все проходили ее в школе), радиацией, которую все так боятся и которая действительно представляет опасность, является ионизирующее излучение.

Взгляните на список, в котором перечислены виды электромагнитного излучения, расположенные в порядке убывания их длины волны:

  1. радиоволны — 10 км – 0.1 мм;
  2. инфракрасное излучение — 1 мм – 780 нм;
  3. видимое излучение (свет) — 780 – 380 нм;
  4. ультрафиолетовое излучение — 380 – 10 нм;
  5. рентгеновское излучение — 10 – 5 пм;
  6. жесткое (гамма) излучение — менее 5 пм.

Из всего списка только два последних пункта являются полноценным ионизирующим и частично ионизирующим — третий снизу (УФ свет). А оставлять после себя наведенную радиацию может только гамма-излучение.

Длина волны электромагнитного поля микроволновой печи — 12 см. Гораздо логичнее бояться видимого света, излучаемого лампочкой Ильича, ионизирующая способность которой на 3 порядка выше излучения микроволновки.

Но, несмотря на очевидное, лампочек не боится никто, микроволновых печей — почти все.

Меняет ли высокочастотное излучение свойства продуктов.

Бытует мнение, что, побывав в микроволновке, продукты меняют свою физическую структуру. Одни связи якобы разрушаются, другие появляются, меняется заряд, полюс, градус, память — все что угодно. После всего этого безобразия полезные продукты питания превращаются в яд.

Микроволновое излучение, как было сказано выше, воздействует на полярные молекулы, которыми являются молекулы воды. На сегодня науке достоверно известно, что вода — аморфное тело и вообще не имеет структуры, если не находится в замерзшем состоянии. Как может эта самая структура измениться, если у аморфного тела ее нет вовсе?

Рождение подобного мифа связано, скорее всего, с понятием «структурированная вода», которое появилось благодаря всевозможным лженаукам типа гомеопатии и «бизнесменам», продающим «заряжающие» подносы для воды и прочие чудеса техники параллельных миров.

Электрическим током

Насколько прибор электробезопасен.

Опасения, будто бы микроволновая печка опасна в плане поражения электрическим током, в принципе, понятны. Для работы магнетрона требуется источник высокого напряжения — порядка 4 кВ.

Если добавить к этому еще и мощность современной микроволновки, которая может достигать киловатта, то весь ужас человека, далекого от электрики, становится понятным.

Тем не менее этот же человек совершенно спокойно пользуется полуторакиловаттным пылесосом и двухкиловаттной электроплитой.

Вспомните обычный кинескопный телевизор, который служил нам не одно десятилетие и продолжает служить по сей день. Напряжение на ускоряющем аноде его кинескопа достигает 30 кВ. Это почти на порядок выше напряжения на магнетроне.

Если вскрыть микроволновку, то можно и под напряжение попасть.

Но и в телевизоре ведь задняя крышка всего на четырех винтах! А теперь подумайте: много у вас знакомых, убитых током злого телевизора? Таким образом микроволновая духовка в плане электробезопасности ничем не отличается от любого другого бытового прибора.

Вредно ли излучение микроволновки для организма.

Да, СВЧ вредны для человека. Но ведь масса современных устройств работает на той же частоте: Wi-Fi модем, мобильник, смартфон. Работа с ними считается безопасной.

Так вредно микроволновое излучение или невредно? Вредно, но лишь при превышении определенного уровня. Ваш мобильник излучает, но мощность его передатчика невелика.

Хоть вы и держите его у самого виска, периодические разговоры по телефону особого вреда здоровью не нанесут. Другое дело – микроволновая печка. Мощность ее «передатчика» достигает тысячи ватт.

Но, во-первых, в отличие от мобильника, излучение магнетрона направлено не во все стороны, а в рабочую камеру. Во-вторых, и это главное, камера, как и ее дверца, имеют специальное покрытие, предотвращающее выход излучения за пределы рабочей области.

Конечно, покрытие не задерживает СВЧ на 100%, но этого и не нужно. Вы не держите микроволновку у виска, как телефон, и не пользуетесь ею, часами уткнувшись носом в дверцу. Кроме того, интенсивность СВЧ убывает пропорционально квадрату расстояния.

Что по этому поводу говорят цифры? Открываем медицинские документы, нормирующие максимально допустимое безопасное для человека СВЧ излучение и читаем: не более 10 мкВт/см.кв. Много это или мало? Самое время посмотреть на рисунок ниже:

Зависимость напряженности поля от расстояния до СВЧ печи.

У самой дверцы микроволновой печи напряженность электромагнитного поля достаточно высока — 5 мВт/см.кв. Но уже на дистанции в полметра оно ослабевает на два порядка, а на расстоянии в полтора метра ниже максимально допустимого уровня вдвое.

Таким образом, если вы не сидите со включенной микроволновкой буквально в обнимку, а пользуетесь ею не круглые сутки, то за свое здоровье можете не опасаться. Но ведь дверцу можно открыть? Можно, только магнетрон сразу же отключится, поскольку имеет защиту “от дурака”.

Эта же защита не даст сунуть руку (а кое-кому и голову) в работающий прибор, дабы проверить его исправность «на ощупь».

Как только вы откроете дверцу, автоматика снимет питание с магнетрона.

Таким образом исправная микроволновая печь при соблюдении элементарных правил эксплуатации, подробно описанных в прилагаемой инструкции, абсолютно безопасна для человека.

Источник: https://220v.guru/bytovaya-tehnika/mikrovolnovki/princip-deystviya-mikrovolnovoy-pechi-i-vozmozhnosti-ustroystva.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.