Вводная лекция МДК 02.01 СВЧ печи. Устройство, принцип работы.
план-конспект урока

УРОК № 113-114                                  (2ТЭ 11)

Тема урока:  СВЧ – печи.  Классификация, типы, принцип действия.

Цель урока:

- образовательная: обеспечить усвоение обучающимися устройства и принципа действия СВЧ – печи;

- воспитательная: продолжить формирование понимания значения мобильности профессиональных знаний;

- развивающая: развить у обучающихся умение применять имеющиеся знания на практике; развивать у обучающихся профессиональные интересы.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование и материалы: учебник, раздаточный материал, схемы, мультимедийный проектор.

Межпредметные связи: ТО и ремонт автомобиля, физика.

Ход урока

Организационный момент

Приветствие проверка л/с..

Повторение пройденного материала

Фронтальный опрос.

1. Как регламентируются требования к отремонтированным ЭБТ в указанный производителем срок службы ?

2 Как регламентируются требования к отремонтированным ЭБТ по окончании указанного производителем срока службы ?

3. Как регламентируются требования к отремонтированным ЭБТ по окончании указанного производителем срока гарантии ??

Работа у доски.

Описать работу цепи управления колорифера.

1. Изложение нового материала

Как известно на военные разработки человек тратит огромные ресурсы. Как материальные, так и умственный потенциал. Как правило результатом являются грозные творения инженерного гения. Но иногда у военных что то идёт не так, и изобретения, которым не суждено превратится в оружие, с огромным успехом мы используем в совершенно мирных целях.

ПРИМЕРЫ:

Фторопласт  материал для покрытия антенн радаров вышел не очень удачным, его второе название ТЕФЛОН.

Разработанный в военной лаборатории, нитонол долгое время применялся только в военных разработках. Нитонол (сплав титана и никеля)  это сплав, обладающий памятью формы и изменяющий форму в зависимости от температуры

ТЕРМОПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Так случилось и с инженером — физиком Перси Спенсером. В 1942 году он работал на оборонном предприятии, которое занималось разработкой и производством радаров для нужд ВМФ США. По видимому он был человеком недисциплинированным (позволил себе принимать пищу на рабочем месте) и бутерброд с сыром (по другой версии шоколад), расплавились попав в зону действия установки излучающей сверхвысокочастотные волны. Но глупым он точно не был. Сумел понять природу и физический смысл этого явления, и, в 1945 году запатентовал СВЧ печь

Микроволны– это те же самые радиоволны, но длина волны у таких волн составляет от нескольких миллиметров до одного метра, и частотой от 300 до 3000 МЕГАГЕРЦ . Можем подсчитать.Скорость света 300тысячь км за секунду,

Для микроволновок, согласно международного соглашения, принята частота 2450 МГц (такая частота не создаст помех для работы других приборов с микроволнами). Делим скорость на частоту, получаем длину волны 12, 25 см.

Волна — сочетание двух переменных полей (магнитного и электрического). В продуктах нет магнитных свойств, поэтому это поле не рассматриваем. А вот электрическое поле, которое создает волна мы и заставляем работать в СВЧ печи.

Чтобы микроволны могли нагреть пищу в ней должны быть дипольные молекулы т. е. (разные заряды на разных концах, в одной — положительный, с другой — отрицательный).  Это молекулы сахара, жира, но самое важное — воды, которая есть практически во всех продуктах. В каждом, даже самом маленьком кусочке продукта есть огромное количество дипольных молекул, которые расположены как им вздумается, то есть хаотично. Но стоит им попасть под воздействие электрического поля, как тут же молекулы строятся ровными рядами на силовых линиях поля, причем в строгом порядке: плюс — в одну сторону, минус — в другую. Выстроились. Но как только поле поменяет полярность, вслед за ним подстраиваются и молекулы, поворачиваясь на сто восемьдесят градусов. А теперь представьте, что такое изменение поля происходит очень часто. А вернее, с частотой 2450 МГц. Напоминаю, 1 герц — 1 колебание в 1 секунду, значит несложно подсчитать, что 1 МГц — 1 млн. колебаний за 1 секунду. За 1 колебание поле меняется дважды. Можете вычислить сколько раз наши молекулы изменили своё положение за секунду. Для тех, кто верит на слово — 49 миллиардов раз. Представили это бешенное движение молекул? И при этом движении молекулы соприкасаются друг с другом, выделяя тепло, которое и «греет» продукт.

Микроволны не могут проникнуть глубже трёх сантиметров. Поэтому к действию микроволн подключается теплопроводность, за счет которой вырабатываемое тепло проникает глубже .

Есть мнение , что подогрев в микроволновке продуктов начинается с внутренней части продукта, что приводит к потере ценных микроэлементов в пище. Но это ошибочно, как вы уже поняли. Проведите практический эксперимент: подогрейте варёный неочищенный картофель, а затем посмотрите на его подсохшую поджаристую корочку и нежную сердцевину.

Кроме того, меняющееся электромагнитное поле индуцирует внутри готовящейся еды вихревые токи, их называют ещё токами Фуко. А поскольку пища по большей части хотя и проводит ток, но обладает большим электрическим сопротивлением, то и токи Фуко внутри нее быстро превращаются в тепло. Пропорция этих двух факторов сильно зависит от того, что именно в печи приготавливается.

В частности, именно из-за этого металлические предметы помещать в камеру микроволновки категорически запрещается. Токи Фуко в них будут порождать сильное вторичное электромагнитное поле, вследствие чего в камере начнется искрение, и мы сможем наблюдать миниатюрную грозу. Это, конечно, красивое зрелище, но электрические разряды способны вывести из строя не только электронику, но и силовой агрегат.

Как микроволновое излучение влияет на здоровье человека

Результаты исследования влияния микроволнового излучения на человека позволили установить, что СВЧ лучи не обладают ионизирующим действием.Но в то же время доказано что СВЧ излучение вызывает.

Деформация состава крови и лимфы.

Нарушения, возникающие в нервных импульсах в коре головного мозга.

Нарушения, затрагивающие внутренний потенциал клеточных мембран.

Разрушение нервных окончаний, а также нарушение работы нервной системы в целом.

НО это справедливо только при длительном пребывании в зоне СЧВ излучения, а СВЧ волны быстро затухают в атмосфере.

50 см интенсивность снижается в 100 раз.

Кроме того, микроволны частично поглощаются корпусом прибора.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Слайд 1

 Основными элементами СВЧ печи уже 50 лет являются

МАГНЕТРОН

КОНДЕНСАТОР

Повышающий трансформатор 220 В — 2000 - 3000 В

Добавился только поворотное устройство, которое вращает продукт вокруг оси, для равномерного воздействия микроволн.

Все дальнейшее развитие сводится к модернизации системы управления.

КОНСТРУКЦИЯ.

Слайд 2

Конструктивно микроволновая печь состоит из металлической камеры, в которой приготавливается пища. Камера снабжена дверцей, с защитной сеткой, 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.

Электрическая схема микроволновки.

Давайте взглянем на упрощённую электрическую схему рядовой микроволновки (кликните для увеличения).

Как видим, схема состоит из управляющей части и исполнительной. Управляющая часть, как правило, состоит из микроконтроллера, дисплея, кнопочной или сенсорной панели, электромагнитных реле, зуммера. Это "мозги" микроволновки. На схеме всё это изображено отдельной платой с надписью Power and Control Curcuit Board. Для питания управляющей части микроволновки используется небольшой понижающий трансформатор. На схеме он отмечен как L.V.Transformer (показана только первичная обмотка).

Микроконтроллер через буферные элементы (транзисторы) управляет электромагнитными реле: RELAY1, RELAY2, RELAY3. Они включают/выключают исполнительные элементы СВЧ-печи в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Исполнительные элементы и цепи - это магнетрон (Magnetron), мото-редуктор столика T.T.Motor (Turntable motor), охлаждающий вентилятор F.M (Fan Motor), ТЭН гриля (Grill Heater), лампа подсветки O.L (Oven Lamp).

Особо отметим исполнительную цепь, которая является генератором СВЧ-излучения.

Начинается эта цепь с высоковольтного трансформатора (H.V.Transformer). Он самый здоровый в микроволновке. Собственно, это и не удивительно, ведь через него нужно прокачать мощность в 1500 - 2000 Вт (1,5 - 2 kW), необходимых для магнетрона. Выходная же (полезная) мощность магнетрона 500 - 850 Вт.

К первичной обмотке трансформатора подводится переменное напряжение сети 220V. С одной из вторичных обмоток снимается переменное напряжение накала 3,15V. Оно подводится к накальной обмотке магнетрона. Накальная обмотка необходима для генерации (эмиссии) электронов. Стоит отметить, что ток, потребляемый этой обмоткой, может достигать 10A.

Другая вторичная обмотка высоковольтного трансформатора, а также схема удвоения напряжения на высоковольтном конденсаторе (H.V.Capacitor) и диоде (H.V. Diode) создаёт постоянное напряжение в 4kV для питания анода магнетрона. Ток анода небольшой и составляет где-то 300 мА (0,3A).

В результате электроны, эмитированные накальной обмоткой, начинают своё движение в вакууме.

Особая траектория движения электронов внутри магнетрона создаёт СВЧ-излучение, которое и нужно нам для нагрева пищи. СВЧ-излучение отводится из магнетрона с помощью антенны и поступает в камеру через отрезок прямоугольного волновода.

Вот такая несложная, но весьма изощрённая схема является неким СВЧ-нагревателем. Не стоит забывать, что сама камера СВЧ-печи является элементом данного СВЧ-нагревателя, так как представляет, по сути, резонатор, в котором возникает электромагнитное излучение.

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 800 – 1000C. Этот термовыключатель крепится на магнетроне. По умолчанию он не показан на упрощённой схеме.

Другие защитные термовыключатели подписаны на схеме, как OVEN THERMAL CUT-OUT(устанавливается на воздуховоде), GRILL THERMAL CUT-OUT (контролирует температуру гриля).

Слайд 3

При наличии нештатной ситуации и перегреве магнетрона термовыключатель размыкает цепь, и магнетрон перестаёт работать. При этом термовыключатель выбирается с небольшим запасом - на температуру отключения 120 – 1450С.

Слайд 4

Весьма важными элементами микроволновой печи являются три переключателя, которые встроены в правый торец камеры СВЧ-печи. При закрытии передней дверцы два переключателя замыкают свои контакты (PRIMARY SWITCH – главный выключатель, SECONDARY SWITCH– вторичный выключатель). Третий – MONITOR SWITCH(контрольный выключатель) – размыкает свои Слайд 5

контакты при закрытии дверцы.

Неисправность хотя бы одного из этих выключателей приводит к неработоспособности микроволновки и срабатыванию плавкого предохранителя (Fuse).

Чтобы снизить помехи, которые поступают в электросеть при работающей СВЧ-печи, имеется сетевой фильтр - NOISE FILTER.

Слайд 6

Дополнительные элементы микроволновки.

Кроме базовых элементов конструкции, микроволновка может быть оснащена грилем и конвектором. Гриль может быть выполнен в виде нагревательного элемента (ТЭН'а) или инфракрасных кварцевых ламп. Эти элементы микроволновки очень надёжны и редко выходят из строя.

Нагревательные элементы гриля: металло-керамический (слева) и инфракрасный (справа).

Слайд 7

Инфракрасный нагреватель представляет собой 2 последовательно включенные инфракрасные кварцевые лампы на 115V (500 - 600W).

В отличие от микроволнового нагрева, который происходит изнутри, гриль создаёт тепловое излучение, которое разогревает пищу снаружи внутрь.

Конвектор - это, не что иное, как вентилятор внутри камеры, который работает в паре с нагревателем (ТЭН'ом). Вращение вентилятора обеспечивает циркуляцию горячего воздуха в камере, что способствует равномерному прогреву пищи. Элементы в цепи питания магнетрона обладают интересными свойствами, которые нужно учитывать при ремонте микроволновки.

• Так, по умолчанию, высоковольтный конденсатор (H.V.Capacitor) имеет встроенный резистор.

Он служит для разряда конденсатора. Дело в том, что конденсатор находится под высоким напряжением (2 кВ), и поэтому после выключения СВЧ-печи требуется его разряд. Это предохранительная мера. Также бывает, что резистор внутри конденсатора перегорает, и конденсатор не разряжается. Поэтому перед проведением ремонта микроволновки рекомендуется принудительно разряжать конденсатор на корпус.

Высоковольтный диод (H.V. Diode) является комбинированным элементом и состоит из целой вереницы последовательно включенных диодов. Это позволяет составному диоду работать с высоким напряжением. Но в этом кроется подвох. Дело в том, что протестировать такой диод стандартной методикой проверки не удастся. Мультиметр просто не сможет "открыть" такой диод из-за того, что пороговое (прямое) напряжение отпирания (VF) диодов складываются. В результате в прямом и обратном включении высоковольтный диод будет иметь высокое сопротивление.

Так, например, для диода HVR-1X3 максимальное прямое напряжение (VF) составляет 11V. Если учесть, что обычно падение напряжения на переходе в прямом включении (VF) у кремниевых диодов составляет 1 - 1.1V, то получается, что в диоде HVR-1X3 ориентировочно смонтировано 10 последовательно включенных диодов.

Слайд 8

Максимальное постоянное обратное напряжение такого диода - 12kV!

• В некоторых микроволновых печах параллельно высоковольтному конденсатору устанавливается фьюз-диод (защитный диод). Он служит для того, чтобы защитить конденсатор от завышенного рабочего напряжения, которое чревато выходом из строя последнего. Но на практике чаще бывает так, что он сам и выходит из строя. В таком случае ремонтники просто удаляют его из цепи, как ненужный аппендикс. На деле оказалось, что микроволновки прекрасно работают и без такого диода.Устройство магнетрона — основная составляющая Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – магнетроном, представляющим собой электровакуумный диод. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди

Слайд 10
В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения. К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона. Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки. Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт. Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.
Термопредохранитель и зачем он нужен 

Слайд11

•   Для защиты магнетрона от перегрева, а также гриля, которым оснащены некоторые модели СВЧ-печей, применяются специальные устройства, называемые термопредохранителем или термореле. Они выпускаются на разные номиналы температуры, указанные на их корпусе. Принцип действия термореле очень прост. Его корпус из алюминия прикрепляется при помощи фланцевого соединения к месту, где необходимо контролировать температуру. Так обеспечивается надежный тепловой контакт. Внутри термопредохранителя находится биметаллическая пластинка, имеющая настройки на определенную температуру. При превышении температурного порога пластинка изгибается и приводит в действие толкатель, который размыкает пластины контактной группы. Питание СВЧ-печи прерывается. После остывания геометрия биметаллической пластины восстанавливается и происходит замыкание контактов.

Блок управления — мозг прибора

Слайд 12

Блок управления есть у любой микроволновой печи и он выполняет две главные функции: Поддержание заданной мощности микроволновой печи. Отключение печи после истечения заданного времени работы. На старых моделях электропечей блок управления представляли два электромеханических переключателя, один из которых как раз задавал мощность, а другой промежуток времени. С развитием цифровых технологий стали применяться электронные блоки управления, а сейчас уже и микропроцессорные, которые кроме выполнения двух главных функций могут еще и включать множество нужных и ненужных сервисных. Встроенные часы, которые, безусловно, могут быть полезны. Индикация уровня мощности. Изменение уровня мощности при помощи клавиатуры (кнопочной или сенсорной). Приготовление блюд или размораживание продуктов при помощи специальных программ, «зашитых» в память блока управления. При этом учитывается вес, а нужную мощность печь подберет сама. Сигнализация окончания программы выбранным звуковым сопровождением. Кроме этого, у современных моделей есть верхние и нижние грили, функция конвекции, которыми также «руководит» блок управления. В блоке управления есть свой источник питания, обеспечивающий работу блока и в дежурном, и в рабочем режиме. Важным компонентом является релейный блок, который коммутирует по командам силовые цепи магнетрона и гриля, а также цепи вентилятора, встроенной лампы и конвектора. Блок управления связан шлейфами с клавиатурой и панелью индикации.

4. Закрепление пройденного материала.

На чём основан принцип генерирования СВЧ излучения?

Оцените степень опасности СВЧ излучения для человека?

Как реализована защита человека при пользовании микроволновой печью?

Проверим как вы усвоили материал.

На схеме укажите как блокируется работа магнетрон при открытом положении дверцы?        1      

Какой трансформатор мы используем для питания магнетрона?

5. Подведение итогов урока.

Что мы изучали сегодня на уроке?

Понравился вам урок?

Что не понравилось на уроке?

Оценки за урок получили…

Домашнее задание. Конспект. Схема принципиальная в эллектронном виде.Знать прицип работы СВЧ печи. Принцип работы магнетрона. Разобрать схему блокировки включения магнетона. Схему блока питания.  Рассчитать колличество витков повышающей и понижающей обмоток трансформатора магнетрона. Исходные данные. Первичное напряжение 22 В. Напряжение катода 4 В, анода 3500 В.