Пристрій мікрохвильової печі (НВЧ)

Пристрій мікрохвильові (СВЧ) печі До складу СВЧ-печі входять: високовольтне джерело живлення; СВЧ-тракт; пристрій управління (механічний або електронний); нагрівачі; вентилятори і т. д. Докладно конструкція СВЧ-печі розглянута в розділі, присвяченому печей фірми Daewoo.

LG_micro

СВЧ-тракт мікрохвильовій печі Цей тракт являє собою сукупність трьох елементів:
потужного генератора НВЧ-коливань;
пристрої узгодження генератора з навантаженням;
власне навантаження НВЧ-генератора.

Традиційно в побутових мікрохвильових печах в якості генератора НВЧ використовується магнетрон, досить дешевий і в той же час потужний СВЧ-прилад. Навантаженням в побутових печах є камера печі з розміщеною в ній їжею. Однак проблема полягає в тому, що розміщення різної кількості і різного сорту їжі значно змінює параметри камери печі як навантаження магнетрона. Виявляється, що добре узгодити (в сенсі — зберегти високий ккд НВЧ-тракту у всьому діапазоні навантажень) магнетрон з такою, що змінюється в широких межах навантаженням практично неможливо.Тому між магнетроном і камерою печі встановлюють хвилевід — пристрій, в якому відбувається поширення електромагнітних хвиль певного типу і певного діапазону частот. Виявилося, що отримати хороше узгодження (з мінімальними втратами потужності магнетрона з хвилеводом і потім хвилеводу з камерою печі набагато простіше, ніж безпосередньо погоджувати магнетрон з камерою печі.Але все одно неможливо узгодити магнетрон з хвилеводом і камерою печі таким чином, щоб відбиття НВЧ-енергії знаходилося в допустимих межах (не більше 30%) і при максимальному завантаженні і при порожній камері. Тому завжди обмовляється мінімальна завантаження печі, як правило, не менше 0,2…0,3 кг

Використовуваний між магнетроном і камерою СВЧ-печі хвилевід являє собою, як правило, відрізок труби прямокутного або круглого перерізу. Стінки хвилеводу (особливо довгого), для зменшення втрат енергії, ретельно шліфують або навіть покривають сріблом. Як відомо, для передачі електромагнітної енергії може використовуватися також коаксіальний кабель.Відмінності в роботі коаксіального кабелю і хвилеводу призводять до того, що якщо в коаксіальному кабелі з ростом частоти відбувається збільшення втрат, то хвилевід, навпаки, працює тільки на частотах вище певної, званою критичною. Ця частота однозначно визначається геометричними розмірами хвилеводу. Для того щоб хвилевід проводив СВЧ-енергію, один з розмірів його перерізу (у першому наближенні) повинен бути більше половини довжини хвилі, яка подається в хвилевід.

Електромагнітні хвилі, що проходять через хвилевід, прийнято ділити на два типи.

Тип Е — це хвилі, що мають електричну складову поля в напрямку поширення і не мають магнітної складової в цьому ж напрямку.

Тип Н — це хвилі, що мають магнітну складову поля в напрямку поширення і не мають електричної складової в цьому ж напрямку.

Змішання хвиль цих типів створює безліч хвиль у хвилеводі змішаних типів. При цьому хвилі різного типу створюють у хвилеводі різне розташування силових ліній електромагнітного поля.

Збудження хвилеводу

Щоб порушити в хвилеводі електромагнітні хвилі, треба помістити в нього пристрій, що створює магнітне чи електричне поле, що збігається з полем хвиль необхідного вигляду.

У побутових СВЧ-печах для цього використовується електричний штир, розміщується в максимумі електричного поля вздовж силових ліній поля. Саме таким штирем і полягає висновок енергії з магнетрона (див. рис. 1.1).

Як показано на рис. 1.1, при узгодженні магнетрона з хвилеводом важливо дотримати два розміру:
відстань від штиря до стінки хвилеводу’ «а1» має становити рівно чверть довжини хвилі;
відстань від штиря до протилежної стінки хвилеводу має становити рівно чверть довжини хвилі.

Відстань від центру штиря магнетрона до протилежної стінки повинна становити 0,25 довжини хвилі, оскільки при такій відстані будуть підсумовуватися хвилі, излученные магнетроном і відбиті від стінки хвилеводу. Таким чином, вся енергія, вироблена магнетроном, буде поширюватися по хвилеводу, що працює в режимі біжучих хвиль. Тобто в режимі передачі енергії від магнетрона до навантаження.

При цьому, для найбільш ефективного збудження електромагнітних коливань у хвилеводі, оптимальна довжина антени, введеної в хвилевід, повинна становити чверть довжини хвилі при припущенні, що її товщина пренебрежимо мала. Однак, оскільки зазвичай висновок магнетрона закінчується мідним ковпачком діаметром близько 15 мм, при цьому утворюється ємність між ковпачком магнетрона і протилежною стінкою хвилеводу. Ця ємність грає деякий скорочує ефект, у зв’язку з чим висновок магнетрона всередині хвилеводу дещо менше чверті довжини хвилі, на якій працює магнетрон.

Робоча камера печі

Саме в ній відбувається приготування їжі під дією НВЧ-випромінювання. Ця камера являє собою металеву ємність прямокутної форми, з одного боку якої в неї вводиться НВЧ-випромінювання. Вже з цього факту досить очевидно, що основною проблемою такої печі буде нерівномірний нагрів вміщеного в неї продукту.Справа в тому, що камера печі являє собою ідеальне місце для утворення стоячих хвиль (можна провести аналогію з акустичним резонатором), а значить, в ній буде присутній ряд мінімумів і максимумів електромагнітних коливань, що виникають внаслідок багаторазових відбиттів електромагнітних хвиль від металевих стінок камери. Спектр резонансних частот камери, СВЧ-печі з їжею і без неї наведено нарис. 1.2.

Крім основного виду коливань в камері утворюється ряд вищих коливань. Для забезпечення кращого приготування слід прагнути до найбільшої щільності видів коливань поблизу основної робочої частоти генератора, збудливого камеру. Для досягнення цього найпростіше збільшити розміри камери.

Рівномірність нагріву їжі також збільшується, як це випливає з наведеного вище рисунка, при збільшенні завантаження камери. Справа в тому, що збільшення завантаження камери приготавливаемым продуктом призводить до ускладнення розподілу електромагнітних полів в камері. В камері з’являється, крім основних, ряд комбінованих видів коливань, це сприяє більш рівномірному розподілу електромагнітної енергії в камері, і як наслідок, поліпшення рівномірності прогрівання продукту.

Тому зі збільшенням завантаження камери ситуація покращується, однак це недостатньо для нормального приготування їжі. Рівномірний нагрів можна досягти, тільки якщо включати наявні види електромагнітних коливань по черзі. Також можна змінювати амплітуду різних видів коливань. Якщо це зробити, то кожен шматочок продукту в процесі приготування буде піддаватися впливу полів, що мають різний розподіл мінімумів і максимумів. З-за великої кількості комбінацій цих полів можна одержати рівномірний нагрів продукту в центральній частині камери.

Для вирішення цієї задачі використовується два підходи:
використання металевого діссектора;
використання обертового підноса. Диссектор, що розміщується поблизу введення НВЧ-енергії в камеру печі, зображений на рис. 1.3.

Металеві лопаті діссектора обертаються в місці зчленування хвилеводу магнетрона з камерою печі. Лопаті діссектора роблять різного розміру, відповідно вони, взаємодіючи з полем у хвилеводі, постійно видозмінюють спектр електромагнітних олебаний, а отже, і структуру поля в камері печі. Зрозуміло, при цьому постійно змінюються і так неідеальні умови погодження магнетрона з камерою печі, що призводить до зменшення ккд печі і додатковому нагріванню магнетрона.

При роботі обертового підноса діє інший механізм вирівнювання температури їжі. Як правило, приготавливаемая їжа структурно неоднорідна і на підносі розташована несиметрично. Тому при її обертанні будуть значною мірою змінюватися ПОЛЯ різних видів коливань, існуючих в камері печі. Таким чином, сама їжа буде виконувати функції дисектору. Навіть у центрі обертання продукту напругу електромагнітного поля буде постійно змінюватися. Таким чином, буде забезпечено більш рівномірний нагрів і більший ккд печі, ніж при використанні дисектору.

Саме тому практично у всіх мікрохвильовки зарубіжного виробництва використовується не диссектор, а обертовий піднос.

Leave a Reply

*

captcha *