Как работает микроволновка — принцип работы СВЧ и магнетрона. Где в производстве можно использовать установки работающие по принципу свч печи

Кроме этих элементов в схеме микроволновой печи есть множество защитных элементов (см. термовыключатели KSD и аналоги.). Так, например, термовыключатель контролирует температуру магнетрона. Его штатная температура при работе где-то 80° – 100°C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Устройство микроволновки

Главная деталь в любой СВЧ печи – это магнетрон. Магнетрон – это такая специальная вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение. СВЧ-излучение весьма интересным образом воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище.

При облучении электромагнитными волнами частотой 2,45 ГГц молекулы воды начинают колебаться. В результате этих колебаний возникает трение. Да, обычное трение между молекулами. За счёт трения выделяться тепло. Оно то и разогревает пищу изнутри. Вот так вкратце можно объяснить принцип действия микроволновки.

Конструкция микроволновки.

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, которая не позволяет излучению выйти наружу. Для равномерного разогрева пищи внутри камеры установлен вращающийся столик, который приводится в движение мото-редуктором (мотором), который сокращённо называется T.T.Motor (Turntable motor).

СВЧ-излучение генерируется магнетроном и через прямоугольный волновод подаётся в камеру. Для охлаждения магнетрона во время работы служит вентилятор F.M (Fan motor), который прогоняет холодный воздух через магнетрон. Далее нагретый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру и также используется для нагрева пищи. Через специальные неизлучающие отверстия часть нагретого воздуха и водяной пар выводится наружу.

В некоторых моделях СВЧ-печей для формирования равномерного нагрева пищи используется диссектор, который устанавливается в верхней части камеры микроволновки. Внешне диссектор напоминает вентилятор, но он предназначен для создания определённого типа СВЧ-волны в камере так, чтобы осуществлялся равномерный прогрев пищи.

В 1966 году микроволновка уже была компактной, но пища разогревалась неравномерно, поэтому был придуман специальный поворотный столик, который помогал исправить эту неприятную особенность техники. Сейчас изобрели установки, которые не нуждаются в подобном дополнении, но раньше это изобретение считалось прорывом.

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы разобраться с этим, необходимо немного вводных данных. Большинство продуктов питания в своем составе содержат следующие вещества: соли, жиры, сахар, воду. Чтобы микроволны «работали», то есть грели пищу, в продуктах должны быть дипольные молекулы.

С одной стороны у них положительный электрический заряд, с другой – отрицательный. В пище этих молекул достаточно – это жиры и сахар, но главный диполь – молекула воды.

В овощах, мясе, фруктах и рыбе содержится большое число дипольных молекул, количество которых достигает миллионов. Если электрического поля нет, молекулы располагаются в хаотическом порядке.

При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Нагрев пищи микроволнами можно сравнить с тем, как греются ладони, если тереть ими одна об другую. «Волны» воздействуют только на поверхностный слой пищи, проникая не глубже 1 – 3 см.

Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.

Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.

В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.

Схема СВЧ печи

Наглядным примером послужит модель микроволновки Samsung RE290D. Принципиальная электрическая схема поможет понять, как работают печи от любых производителей. Отличаться они могут разве что специфическими модификациями. Сама схема представлена на фото.

В левой части заметно, что заземляющий контакт вилки соединяется с корпусом, а тот подключен от средней точки конденсаторной развязки фильтра, снижающего помехи высокочастотного излучения.

В области входа питания находится предохранитель плавного типа – FU1. Для проверки его состояния пользуются электрическими методами – прозванивают цепь мультиметром, работающим в режиме омметра.

Есть второй предохранитель, защищающий микроволновку от работы в аварийном режиме, например, когда неисправны микровыключатели дверцы.

Чтобы магнетрон – источник излучения, начал «работать», контакты исправности дверцы размыкаются, а все остальные – замыкаются. Если их отключить, причем любой, то с высоковольтного трансформатора снимется питающее напряжение.

В схеме есть термические предохранители-датчики (2 шт.), которые, в зависимости от температуры корпуса магнетрона и рабочей камеры, размыкаются и замыкаются. У первого – периодическая работа. Он защищает магнетрон от перегрева. Второй срабатывает, если неисправен вентилятор или засорились вентиляционные отверстия.

Контакт страхующего реле обеспечивает подключение электродвигателей таймера и охлаждающего вентилятора. Если предохранитель «Monitor Fuse» перегорит, обмотка реле выходит из строя.

Переключатель, отвечающий за выбор мощности, находится на таймере. Он, следуя алгоритмам, снимает напряжение со схемы магнетрона.

Резистор R1 кратковременно снижает пусковой ток трансформатора. Для этого требуется работоспособный релейный контакт «Inrush Relay».

Его задача – ограничение импульса, вызванного разрядом конденсатора (он может получить заряд до того, как включится). Это обеспечивает плавный запуск микроволновой печи.

Силовая схема этой печи от Самсунг проста для тех, кто в этом разбирается. Главное различие в СВЧ-печах – электронные блоки, с разной конструкцией и функциональными возможностями.

1. Не включать печь с пустой камерой, без продуктов. Микроволны ничем не поглощаются, поэтому «хлопки» и искрение гарантированы. К тому же это не лучшим образом сказывается на ресурсе магнетрона.

Антенна для магнетрона

Сняв магнетрон с микроволновки я понял, что включать просто так его нельзя. Излучение распространится от него во все стороны, поражая всё вокруг. Не долго думая я решил смастерить направленную антенну из кофейной банки. Вот схема:

Теперь всё излучение направленно в нужную сторону. На всякий случай я решил проверить эффективность этой антенны. Взял много маленьких неоновых лампочек и выложил их на плоскости. Когда я поднёс антенну с включенным магнетроном, то увидел, что лампочки загораются как раз там где нужно:

Необычные опыты

Сразу хочу отметить, СВЧ значительно сильнее влияет на технику, чем на людей и животных. Даже в 10 метрах от магнетрона, техника давала сильные сбои: телевизор и муз-центр издавали страшный рычащий звук, мобильный телефон вначале терял сеть, а потом и вовсе завис. Особо сильное влияние магнетрон оказывал на wi-fi. Когда я поднёс магнетрон близко к музыкальному центру, с него посыпались искры и к моему удивлению он взорвался! При детальном осмотре обнаружил, что в нём взорвался сетевой конденсатор. В этом видео я показываю процесс сборки антенны и влияние магнетрона на технику:

Используя не ионизирующее излучение магнетрона можно получить плазму. В лампе накаливания, поднесённой к магнетрону, зажигается ярко светящийся желтый шар, иногда с фиолетовым оттенком, как шаровая молния. Если вовремя не выключить магнетрон, то лампочка взорвётся. Даже обычная скрепка, под воздействием СВЧ превращается в антенну. На ней наводится ЭДС достаточной силы, что бы зажечь дугу и расплавить эту скрепку. Лампы дневного света и «экономки» зажигаются на достаточно большом расстоянии и светятся прямо в руках без проводов! А в неоновой лампе электромагнитные волны становятся видимыми:

Хочу вас успокоить, мои читатели, ни кто из моих соседей не пострадал от моих опытов. Все ближайшие соседи сбежали из города, как только в Луганске начались боевые действия.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Безопасное использование микроволновой печи

Чтобы кухонный аппарат долгие годы служил верой и правдой и не требовал вмешательства сервисных служб в свой «внутренний мир», следует соблюдать несколько простых правил:

1. Не включать печь с пустой камерой, без продуктов. Микроволны ничем не поглощаются, поэтому «хлопки» и искрение гарантированы. К тому же это не лучшим образом сказывается на ресурсе магнетрона.

2. Поверхность рабочей камеры следует содержать в чистоте. Остатки продуктов на стенках мало того, что неэстетичны, но и содержат воду, поэтому при работе печи будут поглощать микроволны. В конечном итоге это приведет к порче покрытия стенок камеры.

3. Перед приготовлением продуктов, заключенных в какую-либо оболочку с намеком на герметичность (сосиски, сардельки и т. д.), оболочку продукта нужно проколоть в нескольких местах. Это простое действие создаст каналы для выхода пара, который неизбежно будет образовываться внутри продукта во время приготовления. Это позволит продукту сохранить свой первоначальный вид и остаться в тарелке, а не «украшать» своими частями стенки камеры.

Крайне не рекомендуется варить в СВЧ-печи яйца. Из-за повышения давления внутри скорлупы, взрыв гарантирован. Если уж так сильно хочется отварить яйцо посредством микроволн, то нужно как минимум проколоть скорлупу или срезать верхушку. А лучше всего воспользоваться специальной яйцеваркой для СВЧ.

4. Нельзя пользоваться СВЧ-печью с неисправной блокировкой дверцы или умышленно ее отключать. Стенки камеры и экранированное стекло дверцы надежно защищают от проникновения микроволн за пределы рабочего пространства печи. Ведь мы помним, что воздействие микроволнового излучения вызывает нагрев тканей, поэтому можно получить глубокие ожоги. Как не стоит использовать магнетрон можно посмотреть в этом коротком видео.

Внимание! Такие эксперименты опасны для здоровья!

5. Не нужно помещать в рабочую камеру металлические предметы и посуду, имеющую металлизированную кайму. Дело в том, что микроволны хоть и не поглощаются металлом, но приводят к возникновению в нем вихревых токов больших величин. Не лучшая идея — создать внутри микроволновки подобие сварочного аппарата и испортить внутренние поверхности печи.

6. Нужно всегда помнить, что СВЧ-излучатель питается напряжением порядка 4 кВ. Не стоит проводить самостоятельный ремонт. Риск получения электротравмы очень высок!

Дополнительное оснащение микроволновки

В современных микроволновках еду готовят не только с использованием СВЧ-излучения. Практически все модели оснащают грилем, а более «продвинутые» модели — и режимом конвекции.

Гриль

Существует два типа нагревательных элементов, служащих для создания румяной корочки у готового блюда или полноценной готовки в этом режиме. Это может быть обычный ТЭН или кварцевый излучатель.

Приготовление еды происходит от воздействия теплового (либо инфракрасного) излучения, создаваемого нагревательным элементом. Нагреватели имеют небольшую мощность, поэтому приготовление блюд только ими довольно сомнительно и занимает много времени. А вот в качестве подспорья микроволнам — вполне рабочий вариант. Кулинарные шедевры, приготовленные в комбинированном режиме «СВЧ + Гриль», получаются с хорошо пропеченной корочкой снаружи и сочными внутри.

Конвекция

Для режима «Конвекция» в камеру СВЧ-печи дополнительно устанавливают вентилятор, обеспечивающий принудительную вентиляцию горячего воздуха. В этом режиме блюдо гарантированно пропекается со всех сторон.

В режиме конвекции отлично удается запекать продукты (рагу, запеканки, тушеное мясо и т. д.), особенно хорошо выходит выпечка (пироги, безе, кексы и многое другое).

Важно помнить! Комбинированные режимы самые энергозатратные. Потребление электроэнергии может составить до 2,5 кВт*ч, поэтому следует удостовериться, что проводка выдержит такую нагрузку.

В современных микроволновках еду готовят не только с использованием СВЧ-излучения. Практически все модели оснащают грилем, а более «продвинутые» модели — и режимом конвекции.

Опасность микроволновки

Разобрав, как работает микроволновая печь, можно понять, что принцип её работы основан на воздействии на воду, приводя в движение её молекулы. Учитывая, что организм человека на 80% состоит из воды, она также может подвергаться этому процессу. Поэтому все открытые участки микроволновки экранированы, чтобы не допустить выхода волн за пределы камеры. Опасность представляет печь с повреждённой дверцей, если на ней есть участки без специальной сетки.

По поводу качества еды, приготовленной с помощью СВЧ-излучения, даже сейчас ведутся споры учёных. Многие считают, что печь повреждает её структуру, приводя молекулы в движение. Большинство физиков утверждают, что при нагревании пища не может измениться, ведь волны не влияют на состав, только на частоту колебания молекул. Поэтому во время процесса работы происходит только термическое воздействие.

Некоторые люди утверждают, что во время работы микроволновка излучает радиацию, но это в корне неверно. В состав прибора не входят радиоактивные компоненты, только магнитные, поэтому воздействовать другим способом она неспособна. Также электромагнитные волны, которые могут навредить человеку, должны иметь более высокую частоту колебаний.

Если правильно следовать технике безопасности, не включать неисправный прибор, воздействие электромагнитного излучения печи не сможет навредить человеку, что полностью исключает опасный фактор. Нужно постоянно следить, нормально ли работают все системы, особенно предохранители, не допускать перегрев прибора. Если обнаружены изменения в работе – грохот, чрезмерный шум или отсутствие признаков работы охлаждающего вентилятора, таким прибором пользоваться не стоит.

Пытаясь вникнуть в суть работы магнетрона, так и хочется воскликнуть словами известного интернет-мема: «Ничего не понятно, но очень интересно!» На самом деле это так, только если подходить к вопросу, что называется, академически. Упрощенно работу электромагнитного излучателя можно описать следующим образом.

Устройство микроволновой печи

Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:

— металлическая, с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение), куда помещаются разогреваемые продукты;
— трансформатор — источник высоковольтного питания магнетрона;
— цепи управления и коммутации;
— непосредственно СВЧ-излучатель — магнетрон;
— волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;

— вращающийся столик — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон;
— схемы и цепи, обеспечивающие управление (таймер) и безопасность (блокировки режимов) устройства;
— вентилятор, охлаждающий магнетрон и проветривающий камеру.

Дополнительные функции и приспособления

Именно они определяют возможности микроволновой печи. Выделим самые известные:

• Автоприготовление. Программа, которая подбирает время приготовления и мощность в зависимости от веса и наименования продукта.
• Контейнер-пароварка. Бюджетный аналог встроенной пароварки. В контейнер с двойным дном заливается вода, которая закипает во время приготовления и превращается в пар.
• Блокировка от детей. Встречается в моделях с сенсорным и кнопочным управлением. При включённой блокировке панель управления не реагирует на нажатие кнопок.
• Вертел. Металлический штырь, который вращается внутри камеры. На вертеле запекают большие куски мяса, шашлык, овощи.
• Очистка паром — облегчает процесс ухода за внутренней камерой, размягчает засохшие пятна жира и грязи.
• Отложенный старт — поможет приготовить или разогреть блюда к нужному времени.
• Отключение звуковых сигналов – функция актуальна для пользователей, кому мешают громкие звуки, например, если спит маленький ребенок.

Не будут лишними и дополнительные аксессуары, идущие в комплекте – вертела, колпаки, чаши для пара, посуда для запекания, многоуровневые подставки и т.д.

Их главное преимущество – компактность, благодаря которой техника не занимает много места на кухне. Принцип работы не отличается, он полностью построен на работе СВЧ-излучателя. Коэффициент полезного действия микроволновой печи с маленькими габаритами намного меньше, ведь в ней используется менее мощный магнетрон.

Принцип работы СВЧ излучения

Как известно, под бытовые нужды дают невостребованные частоты. Wi-Fi довольствуется двумя диапазонами:

Частота 2,45 ГГц интенсивно поглощается молекулами воды. На частоте 2,45 ГГц вода сильно нагревается. По аналогичной причине Wi-Fi в дождь не работает. Энергия волн интенсивно поглощается каплями воды. Любопытно другое: на длине волны 12,5 мм (2,4 ГГц) отмечается окно прозрачности атмосферы. Значит, в безоблачную погоду возможно вести прием сигнала даже со спутника. Но стоит появиться на горизонте тучке, как энергия начинает поглощаться водой. В продуктах питания присутствует процент влаги, даже в крупе. Мясо, к примеру, практически наполовину состоит из воды. За счет этого продукт начинает интенсивно набирать температуру. В результате имеем возможность готовить продукты в микроволновых печах.

Внутреннее устройство микроволновой печи включает магнетрон, резонансный генератор волн СВЧ. Когда между катодом и анодом возникает электрическое поле нужной напряженности, начинается возбуждение контура, образованного замысловатой вакуумной камерой. Если смотреть в разрезе, это напоминает барабан револьвера. Каморы равномерно идут по периметру круговой камеры, соединяются с центральным отверстием, где находится подогреваемый катод. Последнее сделано, чтобы улучшить условия покидания электронами поверхности. Конструкция герметична, в микроволновых печах анод заземлен, потенциал (единицы кВ) подается на катод.

Питание идет через трансформатор, часто сетевым напряжением 220 В (50 Гц). Одна из выходных обмоток является понижающей (пара-тройка витков), отсюда забирается переменное напряжение на подогрев катода. Вторая обмотка повышает потенциал до единиц кВ (например, 2 кВ), через конденсатор и диодный выпрямитель подает на катод. В результате на положительной полуволне происходит заряд емкости. Потом на отрицательной катод попадает под действием одновременно двух напряжений. Эффект суммируется, получается 4 кВ. Этого хватает, что микроволновая печь начала генерацию.

Людей интересует вопрос, совместимы ли магнетроны микроволновых печей друг с другом, взаимозаменяемы ли. Не слишком сильно ошибемся, если ответим положительно. Частота генерации у магнетронов одинакова, следовательно, идентичны размеры резонаторов.

Единственный нюанс заключается в напряжении питания. Оно определяется силой магнитов, входящих в состав магнетрона и обеспечивающих вторую составляющую поля, которая вместе с электрической заставляет электроны двигаться нужным образом. Если питание разное, вместе с магнетроном придется менять трансформатор. Неплохо бы поставить и конденсатор нужной емкости, постоянная времени разряда цепи от этого зависит. Такова микроволновая печь!

Это все секреты. Новость в том, что современные инверторные микроволновые печи подают на трансформатор не просто 220 В из сети, а модифицированное нужным образом напряжение. Нюанс касается частоты, скважности и ряда прочих параметров. После трансформатора схема питания магнетрона оставлена прежней. Чтобы знать, что генерировать, инвертор берет показания от датчика инфракрасного излучения, размещенного в корпусе, измеряющего температуру пищи. Сие позволит гибко менять режимы. Мастеров интересует вопрос, что делает инвертор, когда используется в новых моделях старый режим, где выставляются лишь температура и время. Полагаем, что работает в качестве повторителя либо способен через реле отключаться от схемы. Последнее представляется логичным.

Перипетии на ниве безопасности микроволновых печей

Люди знают историю Ханса Ульриха Хертела, но немногим известно, что он был одним из восьми экспериментаторов. Что поведали свободные источники, расположенные за кордоном. Суть эксперимента указывала, что излучение микроволновой печи изменяет состав пищи, что быстро сказывается негативно на составе крови человека. Работая на пару с Бернардом Бланком на базе Швейцарского Государственного Института технологий и университетском Институте Биохимии, ученый подтвердил сказанное на практике. Потребление пищи из микроволновой печи сопровождается:

• уменьшением гемоглобина;
• увеличение уровня холестерина класса (LDL);
• снижение уровня лимфоцитов.

Последнее считается неадекватной реакцией организма на патогенные факторы и называется в науке лимфопенией. Изменения характеризуются как деструктивные, для человека, безусловно, вредные. Полные данные об исследованиях опубликованы в №19 Журнала Франца Вебера (полагаем, что за 1990 либо 1991 год). В статье обсуждались результаты исследований, указывалось, что микроволновые печи вредны для здоровья. 7 августа 1992 года Швейцарская Ассоциация производителей домашней бытовой техники подала иск в суд кантона Берн, утверждая, что исследования не имеют смысла, а полученные выводы, затрагивающие принцип действия микроволновой печи, ложны. Уже через полгода суд удовлетворил претензии. Бланк отказался от слов, но записи о действительном положении дел уже зафиксированы за личной подписью. Как говорится, что написано пером…

Решением Страсбургского суда 25 августа 1998 года решение швейцарской инстанции отменено как незаконное. Согласно статье 50 Конвенции о правах человека, решено, что доктору (бывшему) будут выплачены издержки, вдобавок Швейцарию обязали компенсировать истцу 40000 швейцарских франков. Судом высказано мнение, что проблема микроволновых печей должна найти исследователей, чтобы понять, безопасно ли потреблять из приборов пищу.

Если бы Ассоциация так была уверена, что результат исследований ложный, провели бы суд в публичном порядке и опровергли поползновения. Но, как водится, вставлена формулировка о бесполезности изысканий — действительно, кому интересны жизни миллиардов людей — следовательно, проверка достоверности сведений не требовалась. Досадно, что схема замалчивания часто используется повсеместно. Читатели по усмотрению проверят правдивость сведений о вреде микроволновых печей, исходные сведения привели.

В чем состоял эксперимент, поставивший на уши промышленность Швейцарии. Подопытные люди делились на 8 групп и потребляли в течение 2 – 5 дней пищу следующего характера:

1. Сырое молоко.
2. Пастеризованное молоко Intermilk Bern.
3. Сырое молоко, подогретое на варочной панели.
4. Сырое молоко, прошедшее через микроволновую печь.
5. Сырые овощи.
6. Приготовленные традиционным путем овощи.
7. Размороженные в микроволновой печи овощи.
8. Приготовленные в микроволновой печи овощи.

У испытуемых брали кровь до приема пищи, потом 2-3 раза в течение дня. Люди, потребляющие продукты из микроволновой печи, приобрели негативные изменения, описанные выше. Причем, чем дольше пребывал продукт в рабочей камере прибора, тем сильнее эффект. Это принцип работы микроволновой печи, рассмотренный с точки зрения западных СМИ! Как говорится, сказка ложь…