UNIVERSITATEA ”DUNĂREA DE JOS” GALAŢI FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ŞI ELECTRONICĂ SPECIALIZAREA ELECTRONICĂ APLICATĂ
CUPTORUL CU MICROUNDE (PROIECT LA APARATE ELECTROCASNICE PE SEMESTRUL I)
Îndrumǎ Îndrumǎtor tor,, Prof. OANCĂ Marcel
Studente, Studen te, DAMASCHIN Claudia-Anca GUŢOI Elena-Artemiza GALAŢI
- 2009 -
Cuprins 1.
Scurt istoric a cuptorului cu microunde......................................2 2.
generale.........................................................................3 2.1.
Tehnica
Noţiuni
preparării
alimentelor.............................................4 2.2.
Uti Utiliza lizarrea cup cupto torrul ului ui cu micr icround unde în cond condiiţii
optime........5 2.3.
Modelul
liniei
de
transmisiuni
(TLM).................................6 3.
Parţi componente a cuptorului cu microunde...................... microunde.............................7 .......7
4.
Principiul de funcţionare............................................................8
5.
Scheme electrice.......................................................................19 Samsung............................19 ........19 5.1. Schema electrică a cuptorului Samsung.................... Panasonic..........................20 ......20 5.2. Schema electrică a cuptorului Panasonic....................
5.3. Schema electrică a cuptorului AEG..................................21 5.3.1. Funcţionarea cuptorului cuptorului cu microunde AEG...........21 AEG......... ..21 6.
Bibliografie...............................................................................23
2
1.
Scurt istoric a cuptorului cu microunde
În timpul celui de-al doilea război mondial,
doi
britanici
au
inventat
magnetronul, un tub capabil să producă microunde, care ulterior a fost utilizat la sistemul de detectare prin radar a avioanelor naziste. Un alt britanic, numitul inventator Dl Percy, a descoperit că undele generate de radar au topit o bucată de ciocolată pe care o avea în buzunar (asta ca să lămurim odată pentru totdeauna importanţa ciocolatei în evoluţia omenirii). Când a încercat apoi să vadă ce se întâmplă cu un ou, a descoperit că microundele generau o creştere extrem de rapidă a temperaturii în interiorul acestuia. A urmat şi o ultimă încercare cu popcorn-ul, iar restul este deja istorie. Percy era angajatul companiei Raytheon, producător de aparatură militară, care s-a găsit în situaţia privilegiată de a lansa în 1954 primul cuptor cu microunde comercial, denumit Radarange. Numele a fost rezultatul unui concurs de creaţie între angajaţii companiei, iar istoria şi-a spus cuvântul în privinţa lipsei lor de inspiraţie, aşa că nu mai este nevoie de alte comentarii suplimentare. La început, vânzările nu au fost impresionante, fapt deloc de condamnat dacă precizăm şi greutatea unui astfel de dispozitiv: aproximativ 340 de kilograme şi un volum apropiat de cel al unui frigider. Un frigider mare. La fel de mare ca şi preţul între două şi trei mii de dolari. Iniţial utilizat de restaurante şi de liniile aeriene, cuptorul cu microunde a pătruns şi în casele noastre în 1967, când deja ajunsese la preţul mult mai rezonabil de 500 de dolari. Foarte repede au aparut şi reclamaţiile: carnea nu se rumenea,
3
cartofii prajiţi erau moi şi albi ca laptele, iar faptul că bucătarul preşedintelui companiei Raytheon a demisionat pe motiv că acesta îl obliga să gătească la microunde nu a ajutat deloc. În anii `80 vânzările la cuptoarele cu microunde au explodat, iar banii investiţi în cercetare de către companiile producătoare de asemenea. Japonezii, ca de obicei, erau cu mult înaintea noastră, a europenilor. Înainte de 1976, 17% din gospodariile japoneze dispuneau deja de un cuptor cu microunde, dar asta este o cu totul altă poveste. Treptat, cuptorul cu microunde a fost rafinat şi dezvoltat astfel încât în anul 1997 Whirlpool a fost prima companie care a introdus funcţia Crisp, de rumenire. Astăzi poţi găti la cuptorul cu microunde prăjituri, produse de patiserie, spaghete, peşte şi cozonac, în principiu cam tot ce-ţi pot dicta poftele permanente sau periodice, şi asta în numai câteva minute. Cuptorul cu microunde Jet Chef lansat de compania Whirlpool a demonstrat că savoarea şi perfecţiunea reţetelor gătite la cuptoarele tradiţionale pot fi atinse cu ajutorul microundelor într-un timp de gătire mult mai scurt.
2.
Noţiuni generale
Cuptorul cu microunde este unul din aparatele casnice cele mai răspândite la ora actuală atât datorită costului său rezonabil cât mai ales funcţionabilităţii sale în condiţiile vieţii cotidiene alerte. Prepararea meselor nu mai trebuie să dureze
ore
întregi
fiind
suficient
încălzirea produselor semipreparate şi congelate sau pregătirea meselor prin fierberea sau coacerea alimentelor într-un timp scurt. Trebuie luate însă în seamă o serie de aspecte legate de prepararea alimentelor şi de utilizarea acestui aparat. Ca exemplu trebuie să reţinem faptul că partea superioară a alimentelor se va prepara (găti) mai repede decât partea inferioară ceea ce ne obligă să întoarcem alimentele în cadrul procesului de preparare.
4
De asemenea densitatea alimentelor este diferită de la caz la caz astfel încât trebuie avută grijă în separarea aşa numitelor alimente poroase de cele dense şi eventual protejarea celor din prima categorie pentru a nu se deteriora.
2.1.
Tehnica preparării alimentelor
Tehnica preparării alimentelor în cuptorul cu microunde impune mai multe aspecte, unele dintre acestea fiind prezentate în cele ce urmează:
dispunerea alimentelor: este foarte important modul de dispunere a alimentelor în
cuptorul cu microunde. De exemplu alimentele unitare (ex: cartofi) trebuie a fi dispuse în cerc şi la intervale regulate. Niciodată nu se suprapun alimentele.
întoarcerea alimentelor: pentru a avea uniformitate în preparare. protejarea alimentelor sensibile: se pot proteja cu ajutorul foliilor de aluminiu datorită
faptului că microundele nu pot penetra aluminiul.
recipientele utilizate: nu trebuie să conţină elemente metalice, acestea devenind plane
de reflexie a microundelor.
temperatura de preparare: se alege funcţie de tipul alimentului şi de modul dorit de
preparare.
cantitatea de alimente: deoarece cantitatea de microunde generată este constantă,
introducerea unei cantităţi mari de alimente duce la creşterea timpului de preparare.
dimensiunile alimentelor: prepararea corectă şi uniformă a alimentelor este realizată în
cazul unor alimente de dimensiuni reduse şi de talie uniformă.
forma alimentelor: este de reţinut faptul că microundele nu penetrează decât pe
distanţe mici de ordinul a câtorva unităţi de centimetru, alimentele astfel încât în interior alimentele se gătesc prin conversia căldurii. De aceea forma alimentelor este importantă. De exemplu cea mai nepotrivită formă ar fi aceea de cub-laturile s-ar arde iar interiorul nu ar avea timp să se încălzească. Forma ideală pentru prepararea alimentelor cu ajutorul cuptorului cu microunde ar fi una circulară şi relativ plată.
5
la decongelarea alimentelor trebuie luat seama de timpul de decongelarea funcţie de
tipul cuptorului cu microunde.
la prepararea alimentelor care prezintă coajă de orice fel este indicat ca aceasta să fie
înlăturată înainte de preparare deoarece încălzirea produce vapori care se transformă în presiune putând duce la distrugerea alimentului şi deteriorarea cuptorului în caz că respectivul aliment este ermetic şi nu permite eliminarea vaporilor.
se recomandă atenţie la prepararea alimentelor cu grăsimi, aceastea fiind inflamabilă.
În principal dacă aceste tehnici sunt respectate se fixează timpul de coacere cu ajutorul selectorului corespunzător, se porneşte cuptorul cu microunde şi după ce afişajul minutelor a ajuns la zero, se aude un semnal sonor şi funcţionarea cuptorului se opreşte automat, alimentele fiind preparate. 2.2.
Utilizarea cuptorului cu microunde în condiţii
optime
se recomandă să nu se lase niciodată cuptorul cu microunde să funcţioneze gol . De
aceea se recomandă, să existe în cuptor întotdeauna un vas cu apă, pentru a putea absorbi energia creată de microunde .
nu se introduce hârtie de ziar în cuptor.
nu se utilizează niciodată vase de lemn . Lemnul conţine întotdeauna o cantitate de apă
şi există riscul de a se înnegri şi chiar de a se arde .
nu se folosesc niciodată vase metalice sau obiecte metalice în cuptor pentru că pot
cauza daune aparatului.
cuptorul trebuie să funcţioneze cu uşa blocată, pentru că o uşă care nu se închide bine
antrenează scurgeri de microunde, care pot dăuna sănătăţii .
nu se utilizează produse din hârtie reciclată, care pot să conţină substanţe metalice
care pot produce scurtcircuite.
trebuie avut grijă că recipientul din cuptor este fierbinte , datorită căldurii transmise de
alimente.
6
cantităţile mici de alimente se coc foarte repede . Se reglează deci, timpul de coacere
în cuptor în raport cu cantitatea de hrană încălzită. Cuptorul cu microunde, spre deosebire de alte aparate, nu încălzeşte vasele, ci numai conţinutul lor .
2.3.
Modelul liniei de transmisiuni (TLM)
Modelul liniei de transmisiuni se foloseşte pentru calculul câmpului electromagnetic în interiorul structurilor ghidante şi cavităţilor rezonante. Metoda se aplică şi cavităţii cuptorului cu microunde, permiţând o evaluare matematică în diferite puncte ale cavităţii câmpului electromagnetic . Această teorie presupune spaţiul ca fiind împărţit într-o mulţime finită de puncte între care energia se propagă sub formă de pulsuri. Într-un anumit moment fiecare punct radiază energia pe care o are punctele adiacente după o anumită lege de distribuţie în funcţie de distanţa dintre ele. Pereţii metalici vor reflecta complet energia. Odată cu stabilirea regimului staţionar în cavitate se determină, pe baza încărcării energetice a punctelor, distribuţia energei în interiorul cavităţii. Distribuţia câmpului electromagnetic în spaţiul din interiorul cavităţii este dată în figura 2.1.
7
Fig. 2.1
3.
Parţile componente ale cuptorului cu microunde
Părţile componente ale cuptorului cu microunde sunt prezentate în figura 3.1:
ecranul şi geamul uşiţei;
articulaţia de etanşeitate;
faţa de sprijin a uşiţei;
selectorul modului de încălzire;
selectorul timpului de încălzire;
butonul de deschidere a uşitei;
platoul şi inelul turnant;
zăvorul; butonul de punere în funcţiune.
8
Fig. 3.1
Fig. 3.2 Alimentarea cuptorului se face de la o priză prevăzută cu pământare, ca masură de securitate suplimentară se utilizează o priză separată şi o protecţie cu un fuzibil de 16A. Firele electrice din cordonul de alimentare sunt reprezentate în codul culorilor astfel: − verde/galben = pământ;
9
− albastru = firul neutru; − maro = alimentarea.
Specificaţii tehnice:
Alimentare: 220 Volts, 50 Hz;
Putere: 1000 Watts;
Consum: 1400 Watts;
Frecvenţă: 2,45 GHz;
Dimensiuni exterioare: 533 x 312 x 385 mm;
Dimensiuni interioare: 350 x 223 x 352 mm;
Greutate: 19 Kg.
Selectarea regimului de funcţionare Alimentele se pun într-un vas în mijlocul platoului, se închide usiţa şi se fixează selectorul de încălzire în conformitate cu instrucţiunile cuptorului corespunzătoare la alimentul şi operaţia dorită (decongelare, fierbere etc...). Poziţiile selectorului şi puterile calculate în procente din puterea totală a cuptorului sunt date mai jos: INDICAŢIE SELECTOR: PUTERE LOW (BAS): 12 % DEFROST (DECONGELATION ): 28 % MEDIUM (MOYEN ): 50 % MED-HIGH (MOYENNEMENT HAUT): 73 % HIGH (HAUT ): 100 %.
4.
Principiul de funcţionare
În generatoarele de microunde sunt necesare sisteme de înaltă tensiune care să
10
furnizeze puterea de curent continuu ce va fi convertită în energie de radiofrecvenţă. Inima sistemului de înaltă tensiune o constituie magnetronul. Practic magnetronul este un tub electronic de înaltă frecvenţă care este alcătuit din următoarele elemente principale: − anod; − catod/filament; − antenă; − magneţi permanenţi.
Anodul este circular şi conţine mai multe cavităţi rezonante care sunt circuite acordate ce determină frecvenţa de ieşire a tubului. Catodul şi filamentul sunt plasate în centrul cilindrului ce reprezintă anodul. Antena este conectată la anod şi permite cuplarea externă la ghidul de undă pentru a transmite energia de radiofrecvenţă generată de magnetron. Magneţii permanenţi generează un câmp magnetic paralel cu axa catodului. Funcţionarea magnetronului se bazează pe mişcarea electronilor, generaţi de filament, către anod, sub influenţa simultană a două câmpuri: câmpul electric generat de tensiunea anodică aplicată tubului şi câmpul magnetic generat de magneţii permanenţi. Sub influenţa câmpului electric electronii tind să se deplaseze liniar de la catod la anod. Sub influenţa câmpului magnetic axial traiectoria electronilor va fi una circulară de la catod spre anod. Prin acţiunea combinată a celor două câmpuri rezultă, practic, un nor electronic care se roteşte în spatiul cuprins între catod şi cavitaţile rezonante ale anodului. Trecerea norului prin faţa cavitaţilor, care sunt circuite rezonante LC, induce un curent în acestea, curent ce se închide în circuitul anodic. Traiectoriile electronilor în diferite regimuri de lucru sunt prezentate în figura 4.1, iar îin figura 4.2 avem caracteristica acestor traiectorii. În regimul critic, obţinut pentru anumite valori ale tensiunii anod-catod (Ua) şi ale inducţiei magnetice (B) traiectoria electronului este circulară şi tangenta la anod iar curentul anodic se anulează. În regim de lucru puţin peste cel critic, magnetronul va genera oscilatii de foarte înaltă frecvenţă. Schema unui generator continuu de microunde cu magnetron este dată în figura 4.3.
11
Fig. 4.1
Fig. 4.2
Fig. 4.3 unde:
12
Tr – transformator de înaltă tensiune; U≈ - tensiune alimentare; Uf - tensiune filament; Ua - tensiune anodică; C – condensator de înaltă tensiune; D – dioda de înaltă tensiune; M - magnetron Câmpul electric este generat de tensiunea anodică ce are o valoare de câteva mii de volţi curent cotinuu, tensiune ce se obţine cu ajutorul transformatorului de înaltă tensiune împreună cu dublorul realizat cu dioda şi condensatorul de înaltă tensiune. Specificaţii tehnice principale În continuare sunt prezentate caracteristicile magnetronului 2M137 din figura 4.4. Tensiune filament: 4,4 V Curent filament: 14 A Tensiune anodică de vârf (ebm): 4, 5 KV Curent mediu anod (ib): 400 mAcc Putere medie ieşire (P 0 ): 1260 W Frecvenţa: 2460 MHz
Fig. 4.4 Magnetronul este un tub electronic în care, în urma acţiunii comune a câmpului electric şi magnetic, exercitate asupra fluxului de electroni, iau naştere oscilaţii de înaltă frecvenţă. Acest dispozitiv poate genera un semnal de ordinul megawaţilor având un randament de peste 70%. În principal el este format dintr-un anod cu structură cilindrică, în
13
care sunt tăiate mai multe cavităţi rezonante conectate cu cavitatea centrală a magnetronului prin fante, şi un catod plasat în mijlocul cavităţii centrale. O secţiune printr-un astfel de dispozitiv avem în figura 4.5.
Fig. 4.5 Elementele componente ale unui astfel de dispozitiv sunt:
catodul;
anodul care conţine cavităţile rezonante;
bornele de filament; legăturile;
bucla de cuplaj;
ieşirea coaxială;
cavităţile rezonante;
aripioarele pentru răcire. Catodul are o suprafaţă mare şi este în majoritatea cazurilor încălzit indirect. El
prezintă o serie de discuri pe feţele frontale, care împiedică deplasarea axială a electronilor.
14
Anodul este un bloc masiv de cupru, de formă inelară. Între anod şi catod se găseşte un spaţiu vidat care poartă denumirea de spaţiu de interacţiune. Corpul anodului prezintă un număr par, în cazul nostru opt, de cavităţi rezonante . Cavităţile rezonante sunt legate cu spaţiul de interacţiune printr-o fantă, care îndeplineşte rolul unui condensator. Pe suprafeţele ei se formează în timpul oscilaţiilor, sarcini electrice variabile, între care iau naştere un câmp electric alternativ. Inductanţa circuitului oscilant este obţinută de la peretele cavităţii, fiind echivalentă cu inductanţa unei spire dintr-un conductor lat în formă de panglică. Toate rezonatoarele magnetronului sunt strâns cuplate magnetic unul cu altul, fluxul magnetic variabil al unui rezonator închizându-se prin celelalte rezonatoare. Rezonatoarele se mai leagă între ele cu conductoare numite legături. Partea exterioară a anodului are forma unui radiator cu aripioare, pentru a asigura o răcire eficientă. Uneori se trece prin acest radiator un curent de aer. La părţile laterale sunt sudate de anod nişte discuri de cupru, care împreună cu anodul, formează un balon necesar pentru menţinerea vidului. Cuplajul magnetic între cavităţile rezonante este prezentat în figura 4.6.
Fig. 4.6 Rezonatoarele se mai leagă între ele cu conductoare numite legături. Partea exterioară a anodului are forma unui radiator cu aripioare, pentru a asigura o răcire eficientă. Uneori se trece prin acest radiator un curent de aer. La părţile laterale sunt sudate de anod nişte discuri de cupru, care împreună cu anodul, formează un balon necesar pentru menţinerea vidului. Bornele de ieşire ale filamentului sunt realizate din conductoare trecute prin ţevi de sticlă. Aceste ţevi se sudează la corpul din cupru al anodului şi servesc pentru izolare. Catodul este legat în interiorul magnetronului de una din bornele de filament. Pentru culegerea energiei de înaltă frecvenţă, într-unul din rezonatoare este legată o buclă de cuplaj, conectată la o linie coaxială. Ieşirea acestei linii trece printr-o ţeavă de sticlă care se sudează şi ea la anod. Datorită cuplajului strâns dintre rezonatoare energia este extrasă
15
simultan din toate rezonatoarele. Este important ca bucla de cuplaj să fie străbătută de o parte a fluxului magnetic al rezonatorului. Schematic, magnetronul poate fi reprezentat ca în figura 4.7.
Fig. 4.7 Anodul se leagă la Pământ, iar catodul are un potenţial puternic negativ. Între anod şi catod se crează un câmp de accelerare continuu, ale cărui linii de forţă sunt dispuse radial. Dea lungul axei magnetronului acţionează un câmp magnetic continuu de mare intensitate care este creat de un magnet între ai cărui poli este aşezat magnetronul .
Fig. 4.8 Vedere exterioară a magnetronului cuplat la sistemul magnetic În ipoteza că în rezonatoare încă nu au loc oscilaţii se examinează mişcarea electronilor din magnetron .
16
Sub influenţa câmpului electric continuu de accelerare electronii sunt emişi de catod şi tind să se deplaseze radial spre anod. După ce electronii au atins o anumită viteză, câmpul magnetic continuu, care acţionează perpendicular pe cel electric, începe să curbeze traiectoriile lor. Viteza electronilor având o creştere treptată, raza de curbură se măreşte şi ea treptat. Traiectoria electronilor nu este un arc de cerc, ci o curbă mai complicată. Această curbă este prezentată în figura 4.9, figură ce conţine şi distribuţia liniilor de câmp electric între rezonatoare: a) Curba de evoluţie a electronilor care se întorc pe catod; b) Curba de evoluţie a electronilor care ajung pe anod. Tipul principal de oscilaţii care dau puterea utilă maximă şi randamentul maxim sunt oscilaţiile cu faza opusă, care se produc în rezonatoarele vecine, cu un decalaj de fază de 180 o. Este de remarcat faptul că cavităţile în fază sunt în fact conectate împreună, în paralel, iar cele care se află în opoziţie de fază sunt de asemenea conectate în paralel. Pentru a asigura alternanţa fazei de la o cavitate la alta se utilizează conectarea fizică prin legături a cavităţilor cu aceeaşi fază. Pentru oscilaţiile în opoziţie de fază rezultă un cuplaj magnetic foarte strâns între rezonatoare, datorită faptului că fluxul magnetic trece dintr-un rezonator în rezonatoarele vecine. Magnetronul funcţionează cu acest tip de oscilaţii, iar alte tipuri de oscilaţii care apar se amortizează repede. Fig. 4.9alternativ este de aşa natură, încât fluxul Interacţiunea electronilor dintr-un câmp electric electronic cedează câmpului mai multă energie decât cea primită de la acesta, transformând astfel Se obţine astfel în jurul catodului o sarcină spaţială rotitoare, a căreirotativ vitezăsub de acţiunea rotaţie oscilaţiile amortizate din rezonatoare în oscilaţii întreţinute. Fluxul electronic depinde de tensiunea anodică. electronică spaţială, care se de roteşte cu şi o anumită viteză a câmpului electric alternativ al Sarcina rezonatorului suferă o modulaţie viteză o modificare şi care provine din acţiunea comună câmpurilor şi magnetic în traiectoriei electronilor. Ca urmare norulaelectronic îşi continue modifică electric forma inelară, luând este o formă interacţiune electrice alternativesealegrupează rezonatoarelor şi întreţine din spiţe ele. dinţată. Astfelcusecâmpurile poate spune că electronii sub forma unor oscilaţiile spiţe, aceste Când electroni începe să execute mişcarea rotaţie în dreptul aparţinând unei roţifluxul care sederoteşte în jurul catodului. Electronii dinde spaţiul dintre spiţe sefantelor reîntorc rezonante (în momentul cândspiţele, se pune subsarcina tensiune circuitul anodic), apar înde pecavităţilor catod în timp ce electronii care formează adică spaţială rotativă, sunt captaţi rezonatoare de inducţie şi iau naştere oscilaţii proprii amortizate de anod după ce auimpulsuri cedat ceade maicurent mare parte a energiei lor câmpului de microunde. diferite faze.prezentată apariţia acestor spiţe. În frecvenţe figura 4.10şi este
17
Fig. 4.10 Sarcină spaţială rotativă, formează un nor electronic. Spiţele electronice reprezintă de fapt o concentrare a fluxului de electroni, numărul lor fiind egal cu jumătatea numărului cavităţilor rezonante. Între aceste porţiuni concentrate există regiuni unde sarcina spaţială este mai puţin densă. Norul de electroni se roteşte atât de repede, încât spiţele trec regulat prin dreptul acelor fante, unde există în momentul respectiv un câmp de frânare, iar intervalele dintre spiţe trec tot timpul prin câmpuri acceleratoare. Astfel se produce o cedare importantă de energie de la fluxul de electroni la rezonatoare. Pe lângă energia utilă obţinută există şi pierderi de energie prin încălzirea catodului şi a anodului în urma bombardamentului electronic. Randamentul magnetronului este de regulă apropiat valorii de 70% dar poate fi mai mare în cazul oscilaţiilor din gama undelor decimetrice. În gama undelor centimetrice randamentul scade la 30-65 %. Din analiza funcţionării magnetronului se obţine relaţia dintre numărul de rezonatoare, intensitatea câmpului magnetic şi frecvenţa oscilaţiilor generate .
NH = a f unde : N - numărul de rezonatoare; H - intensitatea câmpului magnetic; f - frecvenţa oscilaţiilor generate; a - constantă, depinde de modul de construcţie al magnetronului;
18
(4.1)
H = b U1/2
(4.2)
unde : U - tensiunea anodică b – constantă Magnetronul reprezintă un dispozitiv performant în domeniul microundelor având o serie de aplicaţii specifice dintre care cele mai cunoscute ar fi cuptorul cu microunde şi radarele. De regulă frecvenţa generată în cazul cuptoarelor cu microunde este de 2,45 GHz, cu o putere de 100W până la 25 kW iar în cazul tipic al unui radar meteorologic frecvenţa este de 2,8 GHz şi o putere maximă de 475 kW. Descrierea cuptorului cu microunde marca GOLDSTAR
Una dintre principalale aplicaţii ale magnetroanelor este utilizarea lor în construcţia cuptoarelor cu microunde. Magnetroanele utilizate în acest scop generează microunde la frecvenţa de 2,45 GHz şi sunt construite pentru puteri cuprinse între 100W...25KW , cu un randament de maximum 65 % şi având o durată medie de funcţionare de circa 3000 ore. Microundele generate de magnetron parcurg un ghid de undă şi sunt difuzate cu ajutorul unui dispersor în interiorul unei cavităţi rezonante în care se introduc alimentele care vor fi încălzite. Funcţionarea cuptoarelor cu microunde este asistată de un integrat specializat (microcontroler), astfel încât ele sunt complet automatizate. Caracteristicile esenţiale ale cuptorului folosit în laborator (marca GOLDSTAR) sunt prezentate succint în cele ce urmează, cu menţiunea că între diversele modele de cuptoare există specificaţii de utilizare diferite, dar în esenţă comportarea cuptoarelor este aceeaşi. Microundele sunt generate de un magnetron şi sunt introduse în interiorul cuptorului prin deschideri practicate în pereţii interiori. Aceste hiperfrecvenţe nu pot traversa pereţii metalici ai cuptorului, undele reflectându-se pe ei, dar pot să pătrundă materialele permisive microundelor ca sticla, porţelanul, hârtia. Acestea sunt materialele din care sunt fabricate recipientele de bucătărie pentru cuptorul cu microunde. Este esenţial a reţine faptul că microundele nu sunt o sursă de căldură, ci o sursă de energie. În consecinţă, recipientele vor fi calde numai datorită transmiterii căldurii de către alimentele încălzite.
19
La fel de esenţial este faptul că încălzirea alimentelor se datorează de fapt încălzirii fluidelor conţinute de către acestea, în special este fiind vorba de apă. Astfel moleculele de apă sunt agitate de către microundele cu frecvenţa de 2,45 GHz , şi ca urmare apare fenomenul de fricţiune a moleculelor, fricţiune care se realizează cu degajare de căldură şi în consecinţă are loc încălzirea apei din respectivele alimente. Aşadar umiditatea este aceea care permite încălzirea alimentelor .
5.
Scheme electrice
5.1. Schema electrică a cuptorului cu microunde Samsung
20
5.2 Schema electrică de principiu a cuptorului cu microunde Panasonic
21
5.3. Schema electrică a cuptorului cu microunde AEG
Fig.2
5.3.1. Funcţionarea cuptorului cu microunde AEG În fig.2 este prezentată schema electrică a cuptorului cu microunde AEG folosită pentru determinarea valorilor. Fazele funcţionării cuptorului cu microunde:
Faza I: La introducerea aparatului la reţeaua de 220V c.a., se alimentează modul microprocesor şi se stabileşte următorul circuit: siguranţa fuzibilă SF 1, bobina L 1, borna c, a modulului microprocesor, borna e, bobina L 2 şi R (primarul transformatorului nu este alimentat). În acest caz, primarul transformatorului nu este alimentat, dar un ceas digital ne poate arăta ora exactă, în plus, se poate executa programarea procesului de încălzire în durata (0-30 minute) şi în putere (10% - 100%); butoanele fiind accesibile de pe panoul frontal de comandă.
22
Faza a-II-a: Se închide comutatorul de pornire I; circuitul curentului are următorul traseu: siguranţa fuzibilă SF1, bobina L1, comutatorul I; de aici curentul se ramifică o dată la borna d., a microprocesorul şi o dată prin borna b, din circuitul de alimentare a releului. Prin faza R a reţelei, străbătând L2, tensiunea ajunge o dată la borna e, a modulului microprocesorului alimentând triacul prin rezistenţa de 20Ω; între bornele e, şi f avem tensiune, adică triacul este alimentat dar este deschis. Din circuitul de comandă trimitem impulsuri pe poarta triacului. Triacul conduce şi aduce tensiune la borna h, a circuitului releului. Bobina releului este alimentată cu o tensiune de 27V rezultată în urma redresării, stabilizării şi filtrării. Releul închide contactele sale K R , prin K 1, T şi K 2. Primarul transformatorului este alimentat la capacitate maximă. Alimentarea transformatorului în durată depinde de puterea reglată după panoul frontal de comandă program. Luăm spre 5 secunde exemplificare în mod arbitrar, programul 1 (dezgheţare) care are ca timpi de alimentare a primarului transformatorului, urmat de o perioadă de 25 secunde în care transformatorul nu este alimentat. La expirarea celor 5 secunde, triacul se relaxează, curentul prin el tinde către 0, nemaiavând tensiuni pe borna h, tensiunea pe bobina releului tinde către 0, contactele K R se deschid. Dupa trecerea a 25 de secunde, circuitul de comandă a triacului, dă comanda triacului de închidere şi din nou primarul transformatorului este alimentat, prin intermediul releului R L, după care ciclul se repetă. La terminarea procesului final de încălzire, circuitul de comandă încetează să mai furnizeze impulsuri triacului, deschizându-1. Microprocesorul semnalează finalul printr-un semnal acustic. Pentru deschiderea uşii cuptorului, apăsăm butonul "open", care printr-un sistem mecanic deschide contactele K1, K2, I dar închide contactul K v. Contactele K v au un rol deosebit de important în asigurarea protecţiei personalului contra iradierii cu microunde de o asemenea putere, în speţă ele pun în scurtcircuit tensiunile remanente din circuitele de aprindere a triacului, tensiunile din condensatoarele din circuitul releului, a tensiunilor electromotoare din circuitul ventilatorului cât şi a autoinducţiei transformatorului de alimentare a magnetronului, în situaţia nedorită în care contactele K 1, K 2 rămân sudate, iar triacul este scurtcircuitat.
23
6. 1.
Bibliografie
D. Miron, M .Tuca – Microunde în procese industriale Editura ICPE - Bucureşti 1995
2.G. Rulea – Tehnica microundelor Editura didactică - Bucureşti 1991
3. G. Rulea – Bazele teoretice şi experimente ale tehnicii microundelor Editura ştinţifică – Bucureşti 1989
4. D.D. Sandu – Dispozitive electronice pentru microunde Editura ştinţifică – Bucureşti 1982
5. N. Satirescu – Radiotehnica frecvenţe înalte Editura militară Bucureşti - 1976
6. http://www.askmen.ro/Cuptorul_cu_microunde-a762.html 7. http://www.electronica-azi.ro/articol.php?id_ar=1403 8. http://www.automatizariindustriale.ro/produse/Magnetroane/
24
