Устройство и принцип работы микроволновой печи

Микроволновая печь уже давно заняла одно из ведущих мест на кухне у многих людей. Это отличная недорогая техника, которая позволяет разогреть пищу в считаные минуты, разморозить продукты и даже их приготовить. На рынке уже появилось много приборов, которые могут полноценно заменить духовую печь, пароварку и гриль.

Чем выше востребованность бытового прибора, тем чаще люди интересуются принципом работы микроволновки, её конструкцией и устройством отдельных деталей. Также вызывает вопросы и опасность использования этой техники для человека. Как работает микроволновка, главные особенности электромагнитного излучения – это и будет рассмотрено в этой статье.

Какие бывают микроволновые печи

Прежде чем «погрузиться» вовнутрь прибора, нужно определить, какие микроволновые печи сейчас представлены на рынке. Функционал подобной техники значительно расширился, теперь это не просто печь для разогрева пищи, но и пароварка, гриль, в ней записаны программы для автоматической готовки продуктов. Некоторые модели даже могут заменить духовой шкаф, ведь не уступают ему в мощности нагрева.

Первая микроволновая печь была изобретена ещё в 1947 году, она была огромной, в человеческий рост. Конечно, она не использовалась для дома, только для промышленных предприятий, госпиталей. Главной проблемой стал её перегрев, особенно при высокой частоте микроволновых колебаний, и уже спустя некоторое время для неё придумали водную систему охлаждения. Далее установка становилась всё меньше, приобретая более компактный вид. Спрос был небольшой, но уже тогда производители знали, что в будущем эта техника найдёт своё место на кухне у миллионов хозяек.

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.

Сейчас достаточно техники для кухни, чтобы выбрать свою модель и купить неплохой вариант даже за небольшую цену. Поэтому производители постоянно стараются модернизировать её, чтобы сделать более востребованной на бытовом рынке, и распродать как можно больше товара.

Принцип действия микроволновой печи также может отличаться. Конечно, в каждой технике нагревание ведётся с помощью СВЧ-излучения, но дополнительные детали делают её функционал более разнообразным.

Виды микроволновых печей.

Это стандартные модели, которые сейчас доступны на рынке. Но чтобы выбрать себе идеальный вариант, нужно ознакомиться с другими составляющими, которые влияют на тип техники. По размеру камеры они могут быть небольшие, что снизит энергопотребление, но значительно сократит возможности печи. До 19 литров будет достаточно, чтобы разогреть еду, поставить продукты на разморозку. Но в подобных моделях ни гриля, ни конвекции не будет, ведь конструкция не позволяет вместить в неё дополнительные детали.

Наибольшей популярностью пользуются средние модели – 20-25 литров. Это хороший вариант для всей семьи, функционал может быть значительно расширен дополнительными режимами. При желании можно заменить духовку микроволновой печью, если она больших размеров – 26–32 литров. Владельцы ресторанов и промышленных кухонь имеют более объёмную технику, но покупать её для дома нет необходимости.

Тип управления в микроволновых печах также очень разнообразный:

• механический;
• сенсорный;
• кнопочный;
• смешанный.

Самым точным и удобным будет сенсорный тип, но модели с другим управлением стоят гораздо дешевле, поэтому это необязательное условие для нормальной работы техники. К тому же механическое управление считается самым долговечным и надёжным. Рычаг не изнашивается в течение продолжительного времени, и его можно легко заменить. Смешанные виды используются в духовках с широким функционалом для более точного управления.

СВЧ с грилем

Это микроволновка СВЧ, в которую добавлен дополнительный нагревательный элемент, чтобы подрумянивать пищу. Это может быть трубчатый электронагреватель или кварцевая лампа в зависимости от модели. Чаще всего это волнообразно изогнутая трубка, которая расположена на верхней внутренней панели. Такая СВЧ-печь обеспечивает равномерный прогрев продуктов и запекание сверху, поэтому пища получается румяной, но сочной. Единственный недостаток таких моделей – высокое энергопотребление.

Несмотря на то что нагревательный элемент кварцевого СВЧ-гриля – стеклянная трубка, эта система позволяет получить блюдо с дымком, будто оно готовилось на открытом огне. Лампа может быть установлена как вверху, так и в боковых и нижних панелях, она не энергозатратная, но стоимость таких устройств высоковата.

Микроволновая печь с конвекцией

Принцип работы СВЧ печи с вентилятором – распространение тепла с движением воздуха. В них уже можно не только разогревать и размораживать пищу, но и полноценно её готовить, используя печь как духовой шкаф. Благодаря потоку воздуха высокая температура не поднимается, а циркулирует, обволакивая пищу, что ускоряет процесс готовки блюда.

На СВЧ-волны в микроволновке эта система не действует, только на тёплый воздух, поэтому она не изменяет их направление. Её можно уже использовать для мяса, запеканок, запекания овощей. Продукты из теста в ней лучше не готовить, ведь специфика нагрева в этой технике всё же отличается от стандартного духового шкафа.

СВЧ с инвертором

Основное отличие этой модели от обычной бытовой микроволновки – отсутствие трансформатора. Он заменяется на электронный блок управления. Его габариты несколько меньше, поэтому приборы с одинаковым объёмом камер всё равно будут отличаться между собой. Принцип работы также будет немного иным. Конечно, в основе его стоит генерация волн в микроволновке магнетроном, но его распространение и регуляция разная.

Инверторный режим позволяет регулировать мощность, а не выбирать отдельный температурный диапазон. Стандартная микроволновая печь сделать это не позволяет. В результате этого процесса структура пищи меньше повреждается, она не пересушивается из-за излишнего микроволнового излучения.

Из-за такого изменения пища, приготовленная в инверторной печи, будет немного вкуснее, как поясняет производитель данного устройства. Но цена такой техники гораздо выше, поэтому при выборе бюджетных моделей попробовать её функционал не удастся.

С равномерным распределением микроволн

Это ещё одна новая модель, которая активно рекламируется на рынке бытовых микроволновок. Её преимущество в расположении магнетрона. Если в стандартных моделях он находится сбоку, то здесь его переместили вниз, чтобы микроволны распространялись по камере более равномерно. Над магнетроном располагается вращающийся разделитель волн, но при осмотре камеры его не видно. Эта конструкция обходится без стандартного поворотного столика, который ранее присутствовал в каждой микроволновой печи.

Мини-микроволновки

Это модели соло, в которых не может быть гриля или конвектора ввиду небольших габаритов. Конечно, её производительность зависит от того, на какой частоте работает техника, но она не может похвастаться большим выбором режимов приготовления пищи. Чаще всего они не обладают богатым функционалом, подходят только для разогрева продуктов.

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.

На чём основан принцип работы микроволновки

Прежде чем рассматривать работу и устройство магнетрона, нужно узнать, что такое СВЧ-излучение, с помощью которого и функционирует нагревательная часть прибора. Главная составляющая принципа работы микроволновой печи – излучение сверхзвуковой частоты колебаний. Разогрев пищи происходит путём воздействия на неё электромагнитных волн длиной от 1 мм до 1 м. В большинстве микроволновок, которые используются в быту, применяется частота колебаний 2450 МГц. Эта цифра была выведена не просто так, это считается мировым стандартом, которому должны следовать все производители бытовой техники.

Нагревание продукта происходит путём воздействия волны на дипольные молекулы. В большинстве случаев ими выступает вода. При влиянии на них молекулы начинают группироваться вдоль образующихся силовых линий, но учитывая высокую частоту колебания, они постоянно меняют своё местоположение – находятся в движении. При этом возникает трение, из-за которого и происходит нагревание.

Если вещество, не имеющее в составе дипольных молекул, подвергнуть СВЧ-излучению, оно не нагреется, ведь молекулы не придут в движение. Поэтому посуда, в которой ставится пища, не греется при правильно выставленном времени и режиме воздействия.

Проникают подобные микроволны только на глубину 1,5–2 см, а последующее нагревание пищи будет происходить уже из-за повышения температуры её поверхности. Главный механизм, обеспечивающий электромагнитный принцип работы устройства, называется магнетрон.

«Внутренности» микроволновой печи

В каждой электронике есть несколько основных видов деталей – это управляющая исполнительная цепь. Первая представляет собой своеобразный мозг, который задаёт команды. В микроволновой технике она начинается с блока питания. Управление может быть нескольких типов:

• механическое;
• электронное (кнопочное);
• сенсорное;
• смешанное.

В последнем используется и механический – наличие кранов, рычагов, и кнопочный. Это значительно расширяет функционал прибора, позволяя выбрать несколько СВЧ-режимов. Самым надёжным сейчас считается управление на механике, ведь оно имеет простую конструкцию.

Одна из основных частей устройства микроволновой печи – микропроцессор. Он рационализирует заданные команды, перенаправляя их к исполнительным составляющим – магнетрону и трансформатору. Внутри устройства можно заметить и дополнительные детали – предохранительные датчики, подсветку. В более расширенных печах отдельные провода будут подходить к вентилятору для конвекции и грилю.

Назначение вентиляторов

Можно встретить 2 типа вентиляторов, встроенных в микроволновую печь – для конвекции и охлаждения устройства. Второй присутствует в системе всегда в обязательном порядке. Он устанавливается для того, чтобы предотвратить перегревание и поломку системы. Благодаря циркуляции воздуха, поверхность камеры и механизмов будет греться медленнее в зависимости от того, на какой частоте работает микроволновка.

Если эта установка выходит из строя, пользоваться техникой уже нельзя, ведь она в любую минуту может сломаться из-за излишнего термического воздействия. Вентилятор для конвекции работает немного по другому принципу. Как известно, тёплый воздух поднимается, а холодный, соответственно, опускается. Конвекторный вентилятор его смешивает, в итоге вокруг блюда образуется равномерная температура, оно быстрее готовится, не подгорает в отдельных частях.

На направление излучателя микроволновой печи движение воздуха не влияет, только на распределение тепла по камере устройства.

Термопредохранитель

Это очень важная деталь, которая не позволяет технике перегреваться из-за нарушения работы системы. Перебои в электропитании, перегрев, выход из строя вентиляторов охлаждения – все эти проблемы не смогут навредить прибору благодаря этой маленькой детали. Термопредохранитель имеет две части – механическую и электрическую. Последняя представляет из себя две (или больше) клемм, которые в определённом положении смыкаются между собой. Они подключены к электрической цепи и проводят ток.

Механическая часть предохранителя микроволновки состоит из термочувствительного металла, чаще всего используется алюминий, который под воздействием перепада температур деформируется. Если предохранитель начинает перегреваться, металлическая пластинка будет видоизменяться, размыкая клеммы электрической цепи. Соответственно, они не смогут проводить ток, аппарат отключится.

В зависимости от мощности и функционала, на которых работает микроволновая печь, температура её работы может быть разной. Это сказывается и на конструкции термореле. Если диапазон больше, микроволновка работает с высокой мощностью, используется более толстая металлическая пластина, и наоборот. Для регуляции каждого нагревательного элемента реле должно использоваться отдельно. Так, для магнетрона и ТЭНа гриля они будут разными, ведь критическая температура и тип подачи питания там отличается.

Дверца микроволновки

Описывая микроволновую печь, стоит отметить такую немаловажную деталь, как дверцу. Она не только закрывает камеру для поддержания правильной температуры, но и защищает человека, который печью пользуется, от электромагнитных волн. Поэтому вопросу: из чего состоит дверца микроволновки, нужно уделить большее внимание. Внутренняя стенка представляет собой термостойкое стекло или пластик в зависимости от стоимости техники. Она защищает внешнюю сторону от перегревания.

Далее в конструкцию двери входит основание, на которое нанесена специальная сетка с круглыми отверстиями. Такой вид она имеет неслучайно. Именно благодаря сетке электромагнитное излучение не проникает за границы техники и не наносит вреда человеку. Внешняя часть играет более косметическую роль, чаще она выполнена из пластика, но иногда и из металла (в более дорогих моделях).

Нужно заметить, что если дверца не закрывается герметично, не стоит пользоваться микроволновой печью, чтобы не навредить своему здоровью.

Устройство магнетрона

В состав микроволновой печи входит и генератор магнитных волн – магнетрон. Эта составляющая представляет собой магнитное устройство с расположенным на нём анодом и катодом. Для создания магнитного поля, которое способно разогреть пищу, необходим магнит высокой мощности или его электрический аналог. Анод и катод в этой системе необходимы для проведения электронов, а магнит направляет их параллельно оси магнетрона микроволновки. Чтобы привести электроны в движение, необходимо поднять температуру, что делается нагревательным элементом, проходящим в центре прибора.

Обязательное условие для функционирования этой системы – кольцевые составные части, чтобы излучение проходило равномерно. При нагревании в системе магнетрона микроволновой печи происходит движение электронов с катода на анод. С помощью магнитного поля они перенаправляются, меняя траекторию. Чтобы вся система работала, на магнетрон подаётся 3-4 тысячи вольт.

От мощности этого прибора сильно зависит функциональность микроволновки. Чем больше разных по частоте волн он может генерировать, тем больше режимов работы печки будет предоставлено пользователю. Несмотря на то что температура нагревания зависит от количества потреблённого тока, главной проблемой является функциональность магнита, его способность регулировать магнитное излучение. Чаще в моделях с большим количеством режимов устанавливают не обычный, а электромагнит, управление которым немного легче.

Система защиты и блокировки СВЧ

Как известно, электромагнитные волны микроволновых печей могут навредить здоровью человека, ведь они воздействуют на воду. Поэтому была разработана специальная система блокировки двери, которая не позволяет открыть дверцу во время работы прибора. Есть два типа блокировки дверей в СВЧ-печи – размыкающий цепь и запорный в зависимости от характеристики микроволновой печи.

Первый находится непосредственно в самой цепи подачи электропитания, а крюки двери – это клеммы, сквозь которые проходит ток. Во время работы микроволновки они сомкнуты, но стоит нажать на кнопку открытия дверей, цепь разрывается, и прибор отключается от питания.

Второй же механизм запирает дверь микроволновки, блокируя его в разъёме, чтобы исключить её случайное открытие. До автоматического выключения или нажатия кнопки «Пауза» замок будет крепко держать крючки, не позволяя им разомкнуться.

Блок управления микроволновки

Одна из основных частей блока управления – это микроконтроллер, который собирает и перенаправляет заданные команды. Можно смело заявить, что это главный мозг в устройстве и принципе действия аппарата. Состоит он из микросхемы, от которой отходят провода. Работа и внешний вид этого устройства зависит от типа управления – сенсорный, механический и электронный.

Механика работает с помощью таймера. Зачастую это два рычага, которые задают продолжительность и мощность излучения в микроволновке, но контролирующую функцию здесь выполняет только один. После поворота рычага происходит натяжение пружины, в результате чего приводится в действие двигатель поворотного столика и магнетрон.

Во время работы микроволнового устройства пружина вращает рычаг в обратном направлении. Её плотность обеспечивает точное следование заданным параметрам. После того как рычаг вернётся в первоначальное положение, активируется звонок и размыкается замок двери.

Электронный блок управления – это уже четырёхразрядный компьютер, который не только передаёт информацию, работая на функцию «Вкл.»  и «Выкл.», но и контролирует точность выполнения дополнительных команд, влияя на КПД микроволновки. В таких приборах есть ряд полезных функций, кроме разогрева и размораживания продуктов – гриль, конвекция, особые температурные режимы.

Чтобы прибор правильно выполнял команды, устанавливается центральный интегральный микропроцессор. Нажимая кнопки, активируются отдельные порты ввода информации. После запуска они передаются на таймер, магнетрон и начинается процесс готовки. Принцип действия устройства с сенсорным управлением практически аналогичный.

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.

Устройство и принцип работы посудомоечной машины

Почему не включается микроволновка и что делать

Почему микроволновка искрит и трещит внутри — причины неисправности, способы восстановления и профилактика

Для чего в микроволновке слюдяная пластина и чем её можно заменить

Сколько потребляет микроволновка электроэнергии в кВт