微波炉是一种利用微波能来加热食物的烹调器具,它作为现代化的家用烹调器具,在国际上的家庭普及率已达到相当高的水平。
RE—630D型微波炉采用机械控制方式,其微波输出功率为90~650W,分五档功率选择,输入功率为1150W,微波频率为2450 MHz,有效容积为0.9立方英尺,炉腔尺寸为330×360×228(mm)\(^{3}\),外形尺寸为530×417×344(mm)3。重量约为23.5kg。下面介绍它的工作原理。
RE-630D的工作原理图如图1所示。图中所示均为微波炉的炉门打开、定时器处于断开位置的条件下的各器件动作状态。此时,主联锁开关和副联锁开关处于断开位置,因此整个微波炉的初级工作电路被切断,微波炉不能工作,只有照明电路通过定时器开关可以被接通。

当炉门闭合时,联锁监控开关先断开,主联锁开关随即闭合。给定时器设定工作时间,使定时器开关闭合。若功率控制器旋钮调节在最高档位置,则功率控制器开关常闭。此时,只要按下启动按钮,则副联锁开关闭合,微波炉的初级回路接通。于是电源→保险→过热保护器→定时器开关→主联锁开关→功率控制器开关→高压变压器初级绕组→副联锁开关→电源。形成了一个完整的工作回路,高压变压器初级开始工作,随之高压变压器的次级高压绕组和灯丝绕组开始工作,经变压器升压(高压绕组的输出大约是2100伏左右),再经高压电容器和高压二极管组成的单相半波倍压整流电路,将约4000伏的高压直流提供给磁控管,使磁控管的阳极与阴极之间形成一个高压电场;与此同时,灯丝绕组将大约3.3伏的交流电直接提供给磁控管的阴极,使阴极加热并发射电子。这时磁控管开始工作,将电能转变成微波能。磁控管输出的微波(频率为2450MHz)经波导管的传输,进入微波炉的炉腔,这个炉腔实质上就是微波谐振腔。当微波频率等于谐振腔的谐振频率时,炉腔内就会激起强烈的振荡。这时微波在炉腔内来回反射,穿透被加热食物,使被加熟食物的分子,以2450MHz的频率作剧烈振荡。这种分子间的振荡受分子间作用力的阻碍而作功,产生类似摩擦热,迅速使被加热食物加热。实现了微波能向热能的转换,从而达到了加熟食物的目的。由此可以看出微波加热机理与传统加热方式是根本不同的。
在微波炉工作的同时,炉灯构成了一个工作回路,即电源→保险→过热保护器→定时器开关→炉灯→电源。在炉灯亮时,定时器电机也构成了一个工作回路,即电源→保险→过热保护器→定时器开关→定时器电机→副联锁开关→电源。所以定时器开始计时。由于转盘电机和风扇电机与定时器电机并联,同样各自构成了一个工作回路。所以转盘电机开始转动,承载波加热食物的转盘也随之转动。风扇电机同时开始工作,为磁控管和高压变压器进行冷却并给炉腔通风。
当按下开门按钮时,首先副联锁开关断开,切断了微波炉的工作电路,微波炉停止工作;随之主联锁开关断开;然后联锁监控开关闭合;这时护门才打开。这样绝对保证了操作者的安全。同样如果定时器设定的工作时间结束(或直接转动定时器旋钮使定时器回零位),则定时器开关断开,微波炉的工作电路被切断,微波炉也随之停止工作。下面简单介绍一下各种元器件的工作情况。
1.主联锁开关:它是一个常开型微动开关,与炉门联动。当炉门关闭时,炉门上的门勾触动弹簧片,弹簧片压下微动开关使主联锁闭合。当炉门打开时,弹簧片获释而复位,主联锁恢复常态。它是一个安全联锁装置,只有当炉门确实关好后,微波炉才能工作。
2.副联锁开关:它也是一个常开型微动开关,是由启动按钮来操作的。当炉门打开时,启动按钮被锁住,使得副联锁开关无法接通。只有当炉门关好时,启动接钮才能接下,副联锁开关才能闭合。
3.联锁监控开关 它是一个常闭型微动开关,与炉门联动。当炉门关闭时,联锁监控开关断开;当炉门打开时,联锁监控开关恢复常态。当主联锁、副联锁失灵时或由于某种意外的情况使得微波炉炉门没有关闭的情况下错误启动时,联锁监控开关能迅速切断工作电路,从而保证操作者的安全。
4.定时器:该机型上使用的定时器采用双速电动式定时器,定时范围120分钟。它将定时器与功率控制器组合在一起,用一个微型电机驱动,较分体结构中定时器与功率控制器分别由两个微型电机驱动先进。当定时器设定工作时间后,定时器开关闭合。只有当主、副联锁开关接通后,微型同步电机才转动,带动小模数齿轮传动机构运转,以保证定时器旋钮在设定的时间范围内转过设定的角度;在设定的时间范围内定时器触点一直闭合;当设定时间结束时又自动断开,切断微波炉工作电路,并发出清脆的铃声以示工作完毕。所谓双速是指该定时器在整个定时范围内有两种转速,0~20分钟范围内为一种转速,20~120分钟范围内为另一种转速。前一种转速较快;后一种转速较慢。
5.功率控制器:该机型将功率控制器与定时器合二而一。通过功率控制器旋钮带动凸轮轴等机构来选择不同的功率档次。该机型通过功率控制器旋钮可以选择五档烹调功率,分别是保温15%(90W)、解冻30%(200W)、中50%(320W)、中高70%(450W)、高100%(650W)。
6.转盘电机:转盘电机实质上是由一个微型永磁同步电机和一个减速箱组成的。输出转速为5~6r·p·m。功率消耗为3.5W左右。输出轴最大转矩为30 N·cm左右。
转盘电机带动玻璃转盘转动,使食物在加热过程中在炉腔内处于运转状态,以便更好地均匀受热。
7.风扇电机:微波炉的风扇电机一般均采用单相罩极式电机。输入功率在20~30W之间,转速为2500 r·p·m左右。其作用一是给磁控管和高压变压器进行强迫风冷,二是给炉腔内进行通风。
8.过热保护器:微波炉的过热保护器安装在磁控管上以防止磁控管因过热而损坏。当磁控管的温升超过规定的极限要求时,过热保护器动作切断微波炉的工作电路。图2为过热保护器的结构原理示意图。通过安装板将过热保护器安装在磁控管止,由于上盖的端面与磁控管接触,这样磁控管的温度变化通过上盖直接传导给热感应片。

正常温度情况下,触点与弹簧片触点接触,两个接线端子之间导通;当某种原因使磁控管温度上升并超过规定的温度时,热感应片发生变形如图中虚线位置,使顶杆动作,从而使弹簧片触点断开,电路被切断,磁控管停止工作。当磁控管冷却到一定温度时,热感应片又恢复到图中位置,弹簧片触点在弹力作用与触点接触,磁控管又重新工作。
9.高压电容器:它是微波炉上一个重要元件。其额定工作电压在2100V左右,常用的容量规格在0.8~1μF之间,这种电容器一般在其内部都已并联了一个10MΩ的电阻,如图3所示。其作用是与高压二极管一起组成单相半波倍压整流电路,为磁控管提供一个高压直流工作电压。

10.高压变压器:高压变压器是一种专用的漏磁高压变压器。其技术要求高,工艺难度大,是微波炉上的一个关键部件,见图4。这种变压器在两个次级绕组,一个是高压绕组,输出电压为2100V。另一个是灯丝绕组,输出电压为3.3V。输入电压为市电压220V。这种变压器有一定的间接稳压性能,一般要求绝缘等级为H级,空载损耗小于60W。为降低工作噪音,一般在铁芯的端面采用焊接工艺来解决。

11.磁控管:微波炉所用的磁控管是连续波强迫风冷式磁控管。它是微波炉上一个关键的部件。其工作频率为2450MHz,效率为70%左右、负载驻波比为4。磁控管的作用就是把电能转变为微波能,即是一个微波发生装置。其结构如图5所示。

根据工作要求,磁控管的阳极与阴极之间要形成约40000V的直流电场,如图6所示。阳极露在外面,阴极在内,所以从安全出发,一般磁控管的阳极总是接地而阴极接负高压。这样在阳极与阴极之间形成一个径向的直流电场E,如图7所示。


永久磁铁所形成的磁场B与阴极轴线平行,也就是说,该磁场是一个与径向直流电场相互垂直的磁场。
这样当给灯丝加上额定的交流电压(3.3V)使阴极加热,同时给阳极与阴极之间加上所需的直流电压(约4000V)时,阴极所发射的的电子在直流电场的作用下飞向阳极,但由于在电场E中存在着与电场E相垂直的恒定磁场B,这样电子的运动不仅要受到电场力的作用,向阳极作加速运动,而且还要受到始终与运动方向相垂直的磁场力的作用,从而使运动方向发生偏折。电场E和磁场B综合作用的结果是使电子在阳极与阳极之间作轮摆线运动。
我们从阳极的结构可以看出,阳极的内表面上有许多谐振腔,这些谐振腔内存在着射频电场。这样在互相垂直的直流电场和恒定磁场的作用下作轮摆线运动的某一电子,当其掠过谐振腔口所对的位置时,若射频电场的方向恰好与电子运动的方向相同,则电子运动受阻,速度降低。实质上意味着这个电子把从直流电场获到的能量交给了射频电场。那么当电子的速度与射频场同步时,电子就会一次又一次地把其从直流电场获到的能量,交给射频场,直到随着不断运动打到阳极上为止。这样就维持了射频电场的高频振荡,这些高频能量由高频能量输出器以微波的形式传输出去。也就是说磁控管把电能转变成了微波能。(韩升山)