Принцип работы микроволновой печи. Справка

Микромир богат тайнами. Бодро рассуждаем об электронах, не зная в точности, что это такое. Удивителен принцип неопределенности Гейзенберга. Ученые, чем дальше, тем сильней начинают дивиться собственным открытиям. Теория Эйнштейна частью несостоятельна, значит, масса не растет с увеличением скорости, скорость света преодолима. Что недавно доказано экспериментально. Как работает микроволновая печь, если ничего не известно об элементарных частицах кроме непредсказуемости поведения? Попробуем заглянуть в мир удивительных и непонятных явлений.

Принцип действия активной СВЧ печи

Электроны и микроволновые печи

Технические характеристики микроволновых печей различны, в основе лежит общее явление — поглощение энергии электромагнитной волны молекулами воды. Принцип работы микроволновой печи остается прежним. Говорят, что концепция отобрана Америкой у разгромленной фашистской Германии. Пару слов о работе микроволновой печи.

В физике принята двойственная корпускулярно-волновая теория, согласно которой электромагнитная волна ведет себя, как частица. С понижением частоты всплывают эффекты, характерные для морей и рек: сложение волн не количественно, а с учетом фазы, в результате интерференционная картина примет причудливый вид. Свет ведет себя часто подобно частицам. Квант — кусочек света.

Однажды в лаборатории ученые решили проверить: что такое кванты. Взяли специальную пушку, испускающую элементарные частицы. Последовательность опытов:

Ученые выдвинули теории: частица проходит одновременно через обе щели, либо через единственную. В результате электрон словно ударяется сам о себя, образуя картину интерференции. Что касается волновой теории, известно нечто подобное. Стали говорить, что частица «знает» о наблюдении. Нам ближе теория комментатора видео на Ютуб, сказавшего, что телескоп забирает энергию фотона, потому нельзя продемонстрировать волновую картину. Экран не является аналогичным средством измерения, отсюда результат разный.

Магнетрон в микроволновой печи работает за счет упорядоченного (если корректно так говорить) движения электронов. Не видим противоречий в опыте, забавно, что ученые не хотят видеть дальнейших аналогий с волной. В магнетроне микроволновой печи процесс управляется иначе.

Вне зависимости от природы частиц установлено, что в магнитном поле испущенные термокатодом электроны начинают двигаться по кругу. Чтобы создать равномерное распределение напряженности, используется два постоянных магнита по обе стороны шайбообразной рабочей камеры магнетрона.

Внутри царит вакуум, чтобы не создавать помех движению элементарных частиц. В результате придумали сделать нечто наподобие револьверного барабана, где каждая камера соединяется с центральным каналом узкой щелью. Недолго думая, ученые рассчитали размеры и создали резонатор для магнетрона микроволновой печи. В результате, гонимые электричеством и управляемые магнитом, электроны стали порождать колебания разного толка. Но выживала лишь частота резонатора магнетрона микроволновой печи, прочие быстро затухали.

Поданное на катод напряжение 3 кВ со схемной землей на аноде магнетрона микроволновой печи вызывает вращающиеся колебания заданной частоты в камерах. Съем сигнала происходит через специальный штырь в одной из множества. Добавим, что для облегчения электронам процесса покидания поверхности анода пользуются двумя уловками:

С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
Подают напряжение подогрева (6,3 В 50 Гц) на нить накала.

Подобным образом работает магнетрон микроволновой печи. Заметьте, о природе электронов ничего в точности не известно, физики-теоретики до сих пор бьются над решением задачи, практики уже давно пользуются результатом.

Как используются колебания высокой частоты в микроволновой печи

Колебания покидают магнетрон и немедленно попадают в волновод. Размеры круглого или прямоугольного сечения выбраны так, чтобы затухания оказались наименьшими. Волна, двигаясь под углом к оси волновода и постоянно отражаясь от верхней и нижней стенок, достигает рабочего отсека. Напряженность поля велика, посторонние предметы внутри приведут к возникновению электрических пробоев в виде молний. Исключая описанное, выход волновода в рабочую камеру прикрывается слюдяной тканью, в обиходе, слюдой.

Указанный диэлектрик прозрачен для волн, свободно проходящих в отсек. Размер рабочей камеры печи выбирается, исходя из частоты магнетрона. Но быстро стало замечено: если оставить неподвижное тело греться, температура на разных участках варьируется в широких пределах. Понятно, что людям не нравится факт: первый кусок горячее второго. Объясняется явление наличием стоячих волн. В узлах амплитуда колебания поля равна нулю, на горбах максимальна. В результате получается нечто вроде интерференционной картины.

Объясним происходящее. Энергия передается молекулам воды: атом кислорода, ближе к одному боку прилепились две частички водорода. Получается нечто вроде головы с двумя шишками на боковинах черепа. Электрический отрицательный момент находится в районе основания. Когда полем захватывается эта результирующая, молекула увлекается силовыми линиями. Напряженность волны постоянно меняется, конструкция начинает проворачиваться, заваливаться вперед. Потом назад. Получается неваляшка.

Скорость колебаний чрезвычайно высока.

Магнетрон генерирует на частоте 2,45 ГГц, происходит 2,45 млрд. движений в секунду. Образуется избыточная кинетическая энергия, быстро передаваемая окружающим молекулам. Почему выбрана частота 2,45 ГГц. Чтобы создавать побольше помех сотовым телефонам и домашней сети WiFi? Нет! Просто у любой системы собственная резонансная частота.

Усиленная многократно, волна приводит в негодность здания.

Аналогично происходит с молекулой воды. Есть частоты, не вызывающие колебаний. Район связных на 2,4 ГГц отлично передает энергию пару. Воду в любом агрегатном состоянии нагревает ударно. На факте и основан принцип действия микроволновой печи. Добавим, что эффект стоячей волны блокируется вращающимся столом. Пища постоянно двигается, различные участки попадают попеременно то в минимумы, то в максимумы волны. Что обеспечит равномерный нагрев.

Как реализуются режимы микроволновой печи

Поговорили о генерации, рассказали, как энергия ведет себя внутри рабочей камеры, раскрыли процесс передачи тепла еде. Рассмотрим, как варьируется интенсивность нагрева. Магнетрон не генерирует колебания постоянно, а возбуждается импульсами высоковольтного напряжения. В результате, регулируя скважность или периодичность, добиваются приемлемых режимов.

Инверторные микроволновые печи идут дальше. Стоящий в рабочем отсеке датчик температуры сообщает системе о состоянии пищи, в результате частота следования импульсов гибко регулируется, режим получается максимально плавным. Принцип действия датчика основан на приеме инфракрасных волн: чем выше частота, тем теплее в помещении. Если говорить еще точнее, принимается одна частота, но измеряется интенсивность. С повышением температуры спектр сдвигается вверх. Общая форма является горкой с единственной вершиной. Сам датчик сечет спектр постоянно на одной частоте. Сначала гора чуть наползает подошвой на эту линию, но по мере продвижения вправо больше и больше покрывает место. В результате фиксируется рост интенсивности. Холодная пища в инфракрасном диапазоне не излучает вообще.

Режим инвертора возможно выключить, в результате правильное использование микроволновой печи гарантирует положительный результат, если обрели опыт обращения с оборудованием. Надеемся, рассказ оказался интересен, несмотря на всеобщую неразбериху в физике. Возможно, читатели разгадают загадку наблюдателя и выложат ответ в комментариях. А мы походатайствуем о присвоении аудитории Нобелевской премии перед ответственным комитетом.

За последние десятилетия техника быстрого разогрева пищи довольно оперативно появилась в арсенале кухонного оборудования каждой семьи. Она же пользуется популярностью в офисах и рабочих бытовках.

Маркетологи производителей микроволновых печей заинтересованы в массовых продажах своей продукции. Они распространяют среди населения рекламу, показывающую преимущества своей техники перед аналогичным оборудованием, работающим по другим принципам. При этом опасные факторы микроволновок умело затушевываются обтекаемыми фразами или просто умалчиваются.

Попробуем беспристрастно разобраться в этом запутанном вопросе, чтобы сделать для себя полезные выводы и безопасно, грамотно использовать собственную технику.

Какие опасности таит в себе микроволновка

Ее конструкция подобна сказочному джину, запрятанному в бутылку - корпус, из которого опасная энергия может вылететь при возникновении случайной поломки или за счет неграмотной эксплуатации либо ремонта.

По степеням воздействия на человеческий организм можно выделить 3 различных фактора:

облучение сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением;
наличие высоковольтного электрического напряжения от двух до четырех киловольт, необходимое для протекания постоянного тока внутри магнетрона;
подключение микроволновки к цепи 220 вольт бытовой домашней сети.

Рассмотрим их подробнее.

Высокочастотное излучение

Оно осуществляет непосредственный разогрев пищи в замкнутом пространстве корпуса. Частота 2,45 ГГц вызывает резонансные колебания молекул воды, содержащихся в пище, за счет чего поднимается их температура.

Откуда берется в/ч излучение

Источником СВЧ волн микроволновки работает специальное устройство - магнетрон, имеющее:

катод с нитью накала, обеспечивающей за счет термоэлектронной эмиссии поток электронов. Подогрев нити осуществляется подачей напряжения 3 вольта;
анод из меди с пластинами радиаторов охлаждения и внутренними резонаторами;
постоянные магниты, создающие отклоняющееся магнитное поле;
антенну СВЧ излучения.

Упрощенно схему магнетрона микроволновки можно представить электронной лампой, в корпусе которой электроны вылетают из катода по направлению к аноду, но попадают в полости резонаторов, формирующих высокочастотные волны, направляемые на антенну.

Более подробно этот вопрос объясняет владелец видеоролика Сергей Булавинов “Как работает магнетрон”.

Как работает схема в/ч излучения

Чем продолжительнее электромагнитные волны воздействуют на пищу, тем сильнее она нагревается. При этом важно понимать, что при работе СВЧ лучи магнетрона воздействуют только на определённые участки, создают отдельные очаги разогрева.

Чтобы сгладить такой недостаток используется поворотный стол в микроволновке, постоянно вращаемый электродвигателем. В итоге пища перемещается относительно лучей и прогревается равномернее.

Внутрь металлов излучение не проникает, а отражается от их поверхности. Общеизвестен факт, что первоначально СВЧ устройства использовались только для военных целей в радарах. Электромагнитные волны такого диапазона далеко распространяются в пространстве, позволяют отслеживать даже скоростные низколетящие самолеты.

При этом они способны воздействовать на компоненты электронного оборудования, нарушать работу мобильных телефонов, компьютеров, телевизоров и любой сложной техники, встретившейся на их пути.

Если внутрь рабочей камеры микроволновки поместить посуду из металла или даже блюдце с красивой золотой каемочкой, то вся энергия магнетрона сосредоточится на этой металлической поверхности, быстро разогреет ее, образуя дуговые разряды и разрушит печку. Восстановить ее работоспособность вряд ли получится.

Объясняется это тем, что работа камеры микроволновки происходит в схеме резонансного режима СВЧ тракта, максимально повышающем мощность разогрева пищи. Он требует обязательное наличие внутреннего источника поглощения энергии, без которого происходит саморазрушение. Об этом производитель предупреждает в своей инструкции.

Опасность воздействия СВЧ микроволновки на организм человека

Большая доза излучения даже при кратковременном воздействии может создать необратимые процессы. Она очень быстро доводит до кипения маленькие объемы воды. Среди печальных фактов статистики есть случаи, когда люди лишались зрения при прямом попадании лучей в глазное яблоко из-за того, что находящаяся внутри него жидкость практически мгновенно разогревалась до температуры кипения.
Незаметное вначале облучение других участков тела человека тоже отрицательно сказывается не здоровье, вызывая опасные повреждения органов. Кумулятивное воздействие лучей проявляется не сразу, а со временем, когда образуются геномы, лейкоз или рак кожных участков.
Люди, пользующиеся кардиостимуляторами, располагаясь около микроволновки, находятся в повышенной группе риска.

Интересен тот факт, что в разных странах границы допустимого влияния СВЧ лучей на человека трактуются не однозначно. По американским меркам принята норма, когда создается плотность потока электромагнитного излучения 1 Вт*с/м кв. Такую энергию человек уже ощущает своими органами и должен без промедления удалиться из опасной зоны, ибо быстро наступает плазмолиз клеток. По нормативам СССР этот показатель снижен в миллион раз - до 1 мкВт*с/м кв.

Как выполнена защита от в/ч излучения

Конструкция любой модели микроволновки состоит из корпуса, внутри которого расположено скрытое от доступа посторонних оборудование, а на лицевой панели установлены органы управления.

Металлическая коробка прямоугольной формы с передней стороны снабжена открывающейся дверцей с прозрачным стеклом и сеточным экраном. Она подвешена на двух запорах и фиксируется в корпусе специальными защелками с усами ограничителями.

Это обязательная часть системы электромеханической блокировки, обеспечивающей безопасность работы микроволновой печи.

Фиксаторы плотно прижимают закрытую дверцу к корпусу, входят в окна-прорези, снабженные специальными концевыми микро выключателями с перекидывающимися контактами. Их состояние соответствует одному из положений: закрыто или открыто пространство рабочей кулинарной камеры. Порядок переключения контактов настроен по времени.

За счет такой конструкции при работе магнетрона создается внутренний объем корпуса по принципу клетки Фарадея, исключающей выход электромагнитного сверхвысокочастотного излучения (СВЧ) из корпуса в помещение с людьми и оборудованием.

Режим работы микроволновки с открытой дверкой - это использование ее в качестве радара, облучающего определённый сектор пространства. Блокировка микро выключателями предотвращает его создание.

Если нарушена работа фиксирующих устройств или подвесы дверцы разбалансированы, то СВЧ излучение микроволновки станет проникать через образованные щели на кухню, создавать опасный фон.

Как проверить дверцу

Способ №1

Существует доступная каждому пользователю методика. Отрезают от листа писчей бумаги с плотностью 90÷110 полоску шириной 5÷7 см. Ее при открытой дверце поочередно закладывают в разные места:

сверху, снизу петель и между ними;
около защелок таким же способом.

Когда дверцу закрывают, то полоска бумаги должна удерживаться. Если она извлекается, значит необходима регулировка болтов крепления петель внутри установочных отверстий.

Способ №2

Обыкновенный мобильный телефон помещается в рабочую камеру, а дверца закрывается.

Внимание!
Микроволновку не включать!

Мобильник периодически посылает сигналы связи ближайшей приемной станции для обмена служебной информацией с ней на частоте 0,9÷1,9 ГГц.

Если экранировка исправна, то она нарушит работу этой связи.

Проверить это можно простым звонком на телефон.

Итогом будет один из результатов:

телефон молчит, а станция сообщает, что абонент не обнаружен при исправной защите микроволновки;
создание связи - при нарушенной.

Стоит заметить, что оба метода позволяют выявить явные дефекты. Более точные способы основаны на измерениях специальными приборами, которых в арсенале домашнего мастера нет.

А вот каналов прохода СВЧ излучения через корпус кроме неплотно закрытой дверцы может быть несколько. Оно хорошо «сифонит» сквозь малейшие щели волновода, проникая через выступающие наружу любые проводники электрического тока.

Антенна магнетрона излучает СВЧ колебания в волновод, который передает их через окно в рабочую камеру на продукты.

Если есть дефекты конструкции, не выявленные при производстве или допущенные при эксплуатации, то часть излучения высокой частоты выйдет из корпуса со всеми вытекающим последствиями.

Это довольно весомая причина не находиться при работе микроволновки ближе двух метров от нее. Особенно она актуальна для маленьких детей, организм которых еще развивается.

Найти и устранить причину выхода СВЧ излучения в домашних условиях без специального оборудования и подготовки невозможно, а ухудшить самостоятельным ремонтом - вполне вероятно.

Высоковольтное напряжение

Для обеспечения магнетрона питанием работает трансформатор, создающий на выходе 2 киловольта. Они поступают через высоковольтный конденсатор, накапливающий заряд и диод, обрезающий половину гармоники, на электроды.

Все эти элементы схемы очень опасны, могут вызвать серьёзную электротравму при неправильном обращении.

Отключение питания от сети еще не гарантирует отсутствие высоковольтного напряжения на оборудовании. Конденсатор хранит его продолжительное время.

Если вздумаете разбирать заводскую конструкцию, то хотя бы выполните нижерасположенные рекомендации.

Последовательность подготовительных операций

Доступ к высоковольтному оборудованию осуществляется в следующем порядке:

микроволновка отключается от сети выдергиванием вилки шнура из питающей розетки;
засекается время 20 минут, необходимое для разряда емкости высоковольтных конденсаторов штатными резисторами;
после окончания выдержки отсоединяется провод заземления (нередко им не пользуются вообще);
выжидается 1 час, необходимый для окончания процесса разряда.

Когда все четыре пункта последовательно выполнены можно снимать кожух и искать неисправность. Проверить отсутствие опасных потенциалов будет нелишним. А подавать напряжение на схему для пробных включений или проверок вообще недопустимо.

Помните не только об опасности высоковольтного напряжения, но и СВЧ излучения от магнетрона, которое без экранирования защитным корпусом чрезвычайно опасно.

Напряжение бытовой сети 220 вольт

Микроволновая печь создается для безопасной работы в трехпроводной сети, выполненной по схеме заземления TN-S. Для ее подключения требуется задействовать все .

В схеме питания микроволновой печи часто используют фильтр снижения радиопомех, сглаживающий возможные пульсации напряжения, выдаваемые в сеть. Для его эффективной работы также необходимо учитывать квартиры. Иначе на корпусе микроволновки может образовываться опасный потенциал около 110 вольт.

Это значит, что минимальные неприятные ощущения от прохождения электрического тока через ваше тело уже подготовлены, а более печальные происшествия - не исключены.

Электрическая схема микроволновой печи

Рассмотрим ее на примере модели Samsung RE2900. Она позволяет понять принцип работы, который используется во всех моделях любых производителей и отличается различными специфическими модификациями.

На схеме уже сделаны красным цветом поясняющие пометки.

Сразу в левой части видно, что заземляющий контакт электрической вилки соединен с корпусом, имеющим подключение от средней точки конденсаторной развязки фильтра снижения в/ч помех.

На входе питания схемы расположен плавкий предохранитель FU1. Его состояние необходимо проверять электрическими методами - мультиметром, переключенным в режим омметра.

Второй доступный предохранитель, который может перегореть, защищает микроволновку от использования в аварийном режиме, когда нарушена последовательность работы микровыключателей дверцы.

Чтобы схема магнетрона начала выдавать СВЧ излучение, необходимо разомкнуть контакт исправности микровыключателей дверцы и замкнуть все остальные. Отключение любого приводит к снятию питающего напряжения с высоковольтного трансформатора.

В схему включены два термических предохранителя-датчика, размыкающих свое положение в зависимости от температуры контролируемых объектов:

корпуса магнетрона, на котором он установлен;
рабочей камеры.

Первый из них работает периодически, защищая магнетрон от перегрева, а второй - при засорении вентиляционных отверстий или неисправностях вентилятора. Проявляется это преждевременным отключением микроволновки до момента времени, установленного программатором.

Электродвигатели таймера и вентилятора охлаждения подключаются контактом страхующего реле, обмотка которого выводится из работы перегоранием предохранителя Monitor fuse.

Микропереключатель управления мощности расположен на таймере и снимает напряжение со схемы питания магнетрона по его алгоритму.

Резистором R1 осуществляется снижение на несколько миллисекунд пускового тока трансформатора за счет работы релейного контакта inrush relay. Он ограничивает импульс, вызванный разрядом высоковольтного конденсатора при включении до момента приобретения им заряда. За счет этого печь плавно входит в режим работы без импульсного включения.

Подобная силовая схема электрических соединений, как видите, довольно проста и надежна в работе. А вот электронные блоки, используемые различными производителями, отличаются многообразием своих конструкций и функциональных возможностей. Но, это тема совсем другой статьи.

Надеемся, что помогли вам понять насколько безопасно работает схема вашей микроволновки, а как ей пользоваться в дальнейшем - решайте самостоятельно с учетом полученных сведений.

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 .

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:

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.
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.
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.
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.

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:

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.
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.
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:

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

Если вам пришел в голову вопрос, как работает микроволновка, то ответить на него будет не сложно, ведь это устройство присутствует на рынке бытовой техники достаточно давно и его характеристики изучены вдоль и поперек. Принцип работы микроволновой печи основывается на воздействии микроволн на продукт, помещенный внутрь прибора. Подробно о том, что такое СВЧ-печь и микроволна, будет рассказано ниже.

В основу работы устройств данного типа входит преобразование так называемых электромагнитных СВЧ полей. Подобное поле преобразуется в тепловую энергию и разогревает пищу, находящуюся в камере. Принцип действия микроволновой печи отличается от других устройств для приготовления пищи: духовых шкафов (как газовых, так и электрических, где нагрев происходит за счет элементарного разогрева поверхности соприкосновения и окружающего пространства в камере) и плит.

Принцип работы микроволновки позволяет нагревать только сам предмет, помещенный внутрь. Поэтому процесс разогревания пищи происходит довольно быстро. В свое время именно это преимущество позволило микроволновке завоевать популярность и уверенно занять лидирующие позиции на рынке кухонной техники. Для размораживания или подогрева приготовленного блюда больше не требовалось затрачивать лишнюю энергию (на разогрев всей камеры). За несколько минут электроволновое воздействие повышало температуру до необходимой. К примеру, кусок замороженного мяса был готов к разделке и дальнейшему приготовлению без длительного ожидания.

Традиционные виды термического воздействия действуют несколько иначе. Тепло подается на поверхность разогреваемого объекта, вследствие чего довольно часто можно наблюдать такую картину, когда внешняя сторона размораживаемого блюда уже покрылась корочкой и начала пригорать, а внутри оно остается замороженным. Это происходит оттого, что нагрев происходит неравномерно, тепло распределяется вертикально: от верхнего слоя к внутреннему. Этот способ является гораздо менее эффективным, чем работа СВЧ-печи, к тому же требует от владельца определенной сноровки и кулинарных навыков, тогда как для приготовления блюда в микроволновой печи достаточно просто нажать пару кнопок и ожидать результата.

Электрическая схема микроволновой печи осталась неизменной с момента запуска устройства в массовое производство. В угоду актуальным требованиям поменялся внешний облик, аппараты сделались более эстетически привлекательными. Добавилось множество аппаратных функций, более комфортные методы управления, регулирования мощности воздействия, но сам принцип остался тем же, как и 50 лет назад. Связано это не только с известным высказыванием «зачем менять то, что и так хорошо работает», просто сам принцип не подразумевает каких-то радикальных изменений.

К слову, когда речь заходит о микроволновке и СВЧ-печи, следует помнить, что понятия эти тождественны, эти приборы не являются разными видами устройств, как кому-то может показаться на первый взгляд.

Пару десятилетий тому назад СВЧ-печь была элементом роскоши и скорее присутствовала на кухне как элемент декора, нежели являлась предметом для повседневного использования. Разумеется, со временем технологии производства стали более доступны для массового рынка, что привело к широкой доступности микроволновок и их повсеместной распространенности. Так, из предмета роскоши и редкой технологической диковинки микроволновая печь превратилась в незаменимого помощника на кухне, способного приготовить несложные блюда за считанные мгновения.

Несколько слов о нагреве

Устройство микроволновой печи включает в себя так называемый . Это определение должно быть знакомо каждому, кто знает, как устроена и работает радиолокация.

Микроволновка, как механическое устройство, способна быстро нагревать продукты именно благодаря магнетрону.

Если рассмотреть электросхему СВЧ-печи (например, Самсунг) изнутри, то становится понятно, что разработки эти перекочевали в сегмент бытовой техники из тяжелой промышленности. Различные виды устройств различаются только внешне. Так, например, схема микроволновки LG будет мало чем отличаться от схемы микроволновки бренда Daewoo.

Вот как работает микроволновая печь: магнетрон в процессе работы начинает выделять энергию, которая преобразовывается в тепло и используется в качестве таргетированного нагрева. Данный тип устройства работает от анодно-накального трансформатора-стабилизатора. Поначалу именно эта деталь была самой дорогой в производстве микроволновки. Но со временем его стоимость снизилась до приемлемой, что сделало возможным массовое производство приборов.

Рассматривая внутреннее устройство микроволновки, стоит более подробно рассмотреть конструкцию шунтового магнитопровода . Этот агрегат позволяет изменять повышение напряжения в погрешности от 2% в пределах колебания электросети 10%. Главной особенностью трансформатора является высокая сила индуктивного рассеивания магнитопровода. Может быть, на словах описание принципа действия СВЧ-печи выглядит несколько сложно, на практике же устройство является довольно простым.

На момент начала проектировки инженеры-конструкторы столкнулись с повышенным уровнем шума во время работы микроволновки. Вообще, стоит упомянуть, что высокий уровень шума – это проблема многих устройств, имеющих в своей основе агрегат для отведения тепла или охлаждения. Впоследствии эту проблему, конечно, решили, причем довольно интересным способом. Для устранения повышенной вибрации некоторые части стали соединять с помощью сварки.

Устройство микроволновки начинается в первую очередь с корпуса. В большинстве случаев он представляет собой ящик прямоугольной формы . Сделано это не потому, что дизайнеры страдают недостатком фантазии, дело здесь в специфике эксплуатации.

Когда микроволновка включена, волны не просто направляются на нагреваемый объект, кроме этого они отражаются от внутренней отделки корпуса, что значительно увеличивает термический эффект.

Также оптимизировать процесс нагрева позволяет вращаемая часть – блюдце. По мере ее вращения волны распределяются равномерно по всей поверхности разогреваемого объекта. Волна, поступающая в резервуар с продуктами, всегда имеет различную форму – такова еще одна специфическая особенность СВЧ-печей. Некоторые волны бывает узловыми, другие формируются в виде пучков, поэтому воздействие является хаотичным по своей природе, но меры оптимизации позволяют уровнять этот процесс.

За всю историю существования данного вида устройств процесс их изготовления, термического воздействия и его оптимизации были отточены производителями до идеального состояния. На сегодняшний день микроволновая печь представляет собой целостный прибор, полностью готовый к эксплуатации, надежный и безопасный, что подтверждается множеством сертификатов интернациональных наблюдательных консорциумов, регулирующих вредное воздействие техники на организм человека.

Важная функция дверцы микроволновки

Не меньшее внимание во время производства уделяется дверце. В СВЧ-печах дверца является не только декоративным элементом, но еще и выполняет роль своего рода предохранителя . Принцип очень простой: если вы открываете дверцу, срабатывает блокировка и работа агрегатов останавливается. Несмотря на видимую простоту, устройство дверцы довольно непростое, ведь с ним связана безопасная эксплуатация всего аппарата.

Итак, рассмотрим несколько подробнее, как работает дверка микроволновой печи:

Во-первых, производителю необходимо проследить, чтобы дверца и корпус устройства идеально прилегали друг к другу с минимальным углом. Большие зазоры не позволяют использовать устройство. Причина проста, дверь служит своего рода щитом от микроволнового излучения , и если зазор будет достаточно велик, излучение может проникнуть за пределы камеры для приготовления пищи. О том, что такое излучение и какова его опасность, уже давно известно.
Во-вторых, периметр дверцы оснащают дроссельным заслоном высокой частоты. Этот аппарат служит для понижения излучения до приемлемого уровня.
В-третьих, в момент отливки корпуса двери добавляется множество присадок, с помощью которых достигается высокий процент поглощения излучения. Разумеется, нельзя быть полностью уверенным в 100% поглощения излучения, но не стоит сомневаться, что остаточные волны не представляют опасности и значимого вреда для здоровья человека.

За всю историю существования прибора эта часть микроволновки не претерпела сколько-нибудь сильных изменений. В целом, это всегда две рукоятки , одна из которых отвечает за температуру, а другая – за время приготовления пищи. Разумеется, сегодня можно встретить множество различий модификаций: от простых «колесиков» до блоков управления, на которых будет множество различных функций. Вот только суть их, зачастую сводится к старому и проверенному принципу, ничего нового в устройстве микроволновых СВЧ-печей за все время их существования не придумано. Принципиальная разница может заключаться разве что в концепции управления прибором.

Сейчас многие производители (например, Samsung) делают ставку на инновационную составляющую и интегрируют в свои микроволновки сенсорные панели управления.

Немного о вреде микроволновок

Споры о не утихают с момента запуска их в массовое производство. На сегодняшний день нет сколько-нибудь достоверной информации, подтверждающей вред от использования данного вида устройств.

Не стоит забывать, что микроволновка не излучает радиоактивные волны. Наоборот, микроволновка позволяет готовить продукты без потери их полезных свойств. Пища является более здоровой, т.к. в ней сохраняется до 80% витаминов и минералов.

Традиционные духовки и плиты не могут похвастаться таким результатом. Если эксплуатировать устройство четко по правилам, то никакой опасности от его работы нет. Данное заключение подтверждается и тем, как устроена микроволновая печь, о чем было сказано выше.

Вред может приносить не полезная еда, приготовленная в СВЧ-печи (так называемый фаст-фуд), а термическое микроволновое воздействие здесь совершенно не при чем. Вред пирогов (и других мучных продуктов) заключается не в том, что они приготовлены в духовке, а в их повышенной калорийности и медленной усвояемости организмом.

Частота работы вашей микроволновки, о которой тоже упоминается, когда речь заходит о вреде, тоже не играет какой-то значимой роли. Она (частота) может меняться сколько угодно, но это (вопреки распространенному заблуждению) не приведет к увеличению или понижению излучения, фон остается одинаковым.

Заключение

Вывод, который напрашивается сам собой: микроволновка – очень простое, но при этом незаменимое на кухне устройство, которое каждый день облегчает нам жизнь. Она удобна и неприхотлива в использовании и обслуживании, легко чистится, занимает мало места и потребляет совсем немного энергии. Устройство микроволновки, как было рассмотрено выше, осталось неизменным: магнитрон, в/в трансформатор, в/в конденсатор, кулер и камера для приготовления пищи. Надежность этой техники подтверждена на практике в течение нескольких десятилетий.