微波炉结构及安全设计解析

微波炉的基本结构是围绕着微波能量的产生、传输、控制以及均匀化、自动化等方面来设置的。微波炉主要由金属外壳、炉腔和炉门、定时器、温控器、磁控管、波导管、漏磁变压器以及电源指示等部分组成。图5.12所示为微波炉的外形和基本结构图。

图5.12　微波炉的外形和基本结构图

1.炉腔

微波炉的炉腔是用涂敷非磁性材料(如防锈烘漆等)的铝板或不锈钢板制成。框架右边1/3处用薄钢板隔出，内置定时器、磁控管、漏磁变压器和风扇等部件，右框架正面的控制面板上装有定时旋钮和功率调节旋钮等。

左框架内为微波加热室，从本质上讲它又是微波炉的谐振腔，经波导送入炉腔的微波在炉壁间来回反射，产生谐振现象，使微波形成均匀分布；同时金属板的炉壁又屏蔽了微波的外漏。为使加热均匀，有些微波炉的腔内还设有搅拌电磁波的金属搅拌器。在炉腔的侧面与顶部开有排湿孔，用来排出加热食物时所产生的水蒸气。炉腔内还设有转动的玻璃托盘，由3 W永磁同步电动机驱动，经减速后以5～10 rad/min的速度旋转，使食物的各个部位交替处于微波场中的不同位置，保证了食物各部位吸收的微波能量基本一致，以获得最佳的烹饪效果。

2.炉门

炉门由金属框架和玻璃观察窗两部分组成。炉门用薄钢(或铝)板冲压成型，观察窗位于正面中心部位，观察窗一般是在双层玻璃之间特别夹装了一层极细的微孔金属丝网后制成。一般在炉门内壁贴有塑料压板，其表面有透明涤纶胶片，以保护炉门免受侵蚀和增加密封性能。

炉门与炉腔之间的缝隙很容易泄漏微波，微波过量泄漏会对人体造成伤害。因此炉门的密封性能便成为衡量微波炉质量的一项重要指标。

为确保使用安全，炉门上还装有两道微动开关，通过炉门的把手加以控制，以便联锁保险。当炉门打开或关闭不严时，联锁开关断开电源，磁控管不工作。如果联锁开关出现问题，还有监控开关保险。除初级联锁开关外，还有一个最终接通电源的副联锁开关。当炉门开启时，启动开关被锁住，使副联锁开关无法接通，只有当炉门关好后，启动开关才能按下，副联锁开关才能闭合，起到双重保险作用。

3.磁控管

磁控管是一种真空器件，由管芯和磁铁两部分组成，主要作用是使电子在谐振腔内发生振荡，形成频率为2 450 MHz的微波。

磁控管的灯丝电压一般为3.2 V左右，工作电流约为14 A，阳极峰值电压在4 000 V以上，电流约为300 mA。磁控管平均寿命为1 000～3 000 h。由于漏磁变压器和磁控管工作时发热量很大，因此除安装散热片外，还用转速为2 500 r/min左右、功率为3W的罩极式电动机带动的风扇进行强制性风冷。

4.波导管

磁控管产生的微波只有被传输到炉腔，才能实现对食物加热的目的。用高导电金属做成的波导(管)就是用来定向传输微波的管状元件。它可以将被传输的微波限定在管子内部，使能量沿着管轴的方向传播，而不能向其他方向散射。家用微波炉所使用的波导一般用截面呈矩形的空心高导电金属管(如黄铜管)制成，为降低微波在传输过程中的损耗，通常还在管子内壁镀一层电导率更高的金属(如银等)物质。波导的几何尺寸对微波的传输有着直接的影响，如果尺寸设计不当，在传输过程中微波能量的损耗会很大，甚至传不出去。

5.搅拌器(www.xing528.com)

搅拌器又称为电磁场模式搅拌器，其主要作用是打乱炉腔内部的电磁场，使其分布均匀，以改善微波炉的加热效果。搅拌器形如一只电风扇，但叶片的形状不太规则，一般用导电性能好、强度高的金属(如镁铝合金等)制成。搅拌器一般安装在波导的输出口处，由专用小电动机带动叶片以每分钟几转到几十转的低转速旋转，它在旋转运动中不断改变微波的反射角度，将微波反射到炉腔内各个点上，使炉腔内食物受热均匀。有些微波炉中不设搅拌器，而靠承托食物的转盘旋转，达到既能改变微波场的分布，又使食物本身均匀加热的目的。

6.漏磁变压器和整流器

漏磁变压器又称高压变压器或稳压变压器，它为磁控管提供几千伏的阳极高压和3.3 V左右的灯丝电压。漏磁变压器的显著特点是功率容量大、稳压范围宽、短路特性好。

整流器是由高压电容和整流二极管组成一个半波倍压整流电路，这种倍压整流供电方式可使变压器二次侧线圈匝数减少一半。高压整流二极管通常用高压硅堆来代替，其耐压在10 kV以上，额定电流为1 A。高压电容容量为1μF左右，其内部(铝壳内)并联一个10 MΩ的放电电阻，电容耐压要求在2 100 V以上。

7.定时器

微波炉的定时器一般与其他控制元件统一设置在控制面板上，如图5.13所示。普通型微波炉一般采用电动式定时器，定时范围有30 min、60 min和120 min等。定时器开关与功率控制开关组合在一起，用一个微型永磁同步电动机驱动。设定时间后定时器开关虽然闭合但并不立即工作，只有当主、副联锁开关接通后，微型同步电动机才带动小模数齿轮传动机构运转，起计时作用。当设定时间结束时定时器触点自动断开，切断微波炉的工作电源。同时，通过锤摆敲打钢铃，发出清脆铃声。在较高档的微波炉中，大多已改用电子数显式定时器，这种定时器主要是利用电容充放电特性来准确定时，并通过数码管直观地显示定时时间。电子数显式定时器定时准确，不受电源电压与外界温度的影响，且使用寿命很长。

图5.13　微波炉控制面板的旋钮与按键

8.功率调节器

普通型微波炉的功率调节不是调节磁控管供电电压的大小，而是通过控制磁控管的工作与间歇时间比来改变微波输出功率，即调节磁控管的平均功率大小。比较先进的微波炉把功率调节器与定时器共用一个电动机驱动，在定时器工作的同时，由传动机构带动凸轮转动，使功率调节器开关在不同的功率挡位产生不同的通断时间比。功率调节采用“百分率定时”的方式，即在某一设定的时间内，控制电源接通的时间占设定时间的百分率，例如保温、解冻、中温、中高温和高温时其百分率分别为15%、30%、50%、70%和100%。

功率调节除上述方法外，还有晶闸管控制方式、变压器抽头切换方式等。从成本与性能考虑，家用微波炉一般均采用百分率定时方式来实现功率调节。

9.过热保护器

微波炉中的过热保护器是一种热敏保护器件，它通常安装在磁控管上以防止磁控管因过热而损坏。正常情况下，过热保护器呈闭合状态，但在散热电动机停转、散热气道受阻以及微波炉空载或轻载等非正常状态下，磁控管所产生超过规定的高温将会使过热保护器动作，从而切断电源，停止微波炉的工作。

10.散热风扇

由于磁控管、漏磁变压器工作时会产生大量热量，为保证微波炉安全可靠工作，必须设置散热风扇强制降温。