微波炉的工作原理及构成

微波炉中最主要的是微波的发射，而微波是频率在300MHz～3000GHz或波长在0.1mm～1m范围内的电磁波。微波炉一般采用（2450±25）MHz的微波。微波的特点如下:

一是微波能穿透食物达5cm深，并使食物中的水分子也随之做热运动，导致食物的温度升高，于是食物被“煮熟”。

二是微波能穿透陶瓷、玻璃、木器、竹器、纸盒等绝缘材料，而微波遇到金属就会反射，所以微波炉器皿采用绝缘材料构成，而微波炉炉腔采用钢板、不锈钢板等金属材料构成，以便于微波反复穿透食物，提高了热效率。

三是2450MHz的微波过量后，容易损伤人的眼睛等部位，因此，使用时要注意安全。

1.微波炉的工作原理

如图4-50所示，首先，220V市电电压通过高压变压器进行升压，再通过高压整流电路产生4000V左右的直流电压，该电压加到磁控管的阴极后，磁控管产生2450MHz的微波。微波传入炉内，通过炉腔的反射，不断地穿透食物，最终将食物煮熟。

图4-50 微波炉工作原理示意图

2.微波炉的组成

（1）构成

微波炉由磁控管、波导管、搅动器、炉腔、炉门、炉门联锁开关、转盘、外壳、控制电路等构成，如图4-51所示。其中，炉门联锁开关、转盘未画出。

图4-51 微波炉构成示意图

TIPS 选购微波炉的品牌和规格：

微波炉是技术要求比较高的产品，因此选择微波炉时品牌显得相当重要。规格方面，目前市场上购买主要集中于700~900W，一般来说，单身、2或3口家购买700W就足够了，而4人以上的家庭选择800W较为合适。

（2）主要元器件

1）磁控管。磁控管是微波炉的心脏，它主要由管芯和磁铁两大部分组成。从外观上看，它主要由微波能量输出器（微波发射器或天线）、散热器、磁铁、灯丝、插脚等构成，如图4-52a所示。而它内部还有一个圆筒形的阴极，如图4-52b所示，其实物如图4-53所示。

图4-52 磁控管的构成示意图

图4-53 磁控管实物

①灯丝。灯丝采用钍钨丝或纯钨丝绕制成螺旋状，其作用是加热阴极使其发射电子。

②阴极。阴极采用发射电子能力很强的材料制成。它分为直热式和间热式两种。直热式的阴极和灯丝组合在一体，采用此种方式的阴极只需10～20s的延时，就可以进行工作；间热式的阴极做成圆筒状，灯丝安装在圆筒内，加热灯丝间接地加热阴极而使其发射电子，阴极被加热后，就开始发射电子。

③阳极。阳极由高电导率的无氧铜制成。阳极上有多个谐振腔，用以接收阴极发射的电子。谐振腔也是由无氧铜制成，一般采用孔槽式和扇形式，它们是产生高频振荡的选频谐振回路。而谐振频率的大小取决于空腔的尺寸。为了方便安装和使用安全，它的阳极接地，而阴极输入负高压，这样在阳极和阴极之间就形成了一个径向直流电场。

TIPS 选购微波炉的底部小平台：

在平板微波炉的底部会突出一个小平台，在这个小平台内有一个微波搅动器。通过这个装置把微波打散，使微波从底部均匀地向上输送，进而加热箱体内的食物。小平台的面积越大，与箱体内底板的面积越接近，微波搅动器将越灵活，把微波打得会更均匀。而如果微波炉底部小平台的面积很小，就会使加热的效果大打折扣。

④天线。天线也叫微波能量输出器或微波能量发射器，它的作用是将管芯产生的微波能量输送到负载上用来加热食物。

⑤磁铁（磁路系统）。磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场，其磁感应强度一般为数千特斯拉。工作频率越高，所加磁场越强。

⑥磁控管灯丝的检测。如图4-54所示，将数字万用表置于200Ω挡，用两个表笔测磁控管灯丝两个引脚间的阻值。正常时显示屏显示的数值为0.6Ω；若阻值过大或无穷大，说明灯丝性能不良或开路。

图4-54 测量两个磁控管两个引脚

⑦绝缘性能的检测。如图4-55所示，将数字万用表置于200MΩ挡，分别测磁控管灯丝引脚、天线与外壳间的电阻。正常时阻值应为无穷大；否则，说明有漏电现象。

图4-55 绝缘性能的检测

TIPS 选购微波炉的噪声大小：

微波炉瞬间起动后会产生噪声，起动几秒以后可以听微波炉的噪声大小。如果起动时的噪声和微波炉运转几秒后的噪声比起来，差别不是很大。证明微波炉的性能不是很理想，起动后耗费的无用功越多，耗电量也就越大。

2）波导管。波导管的作用就是保证磁控管输出的微波都能进入炉腔，不外泄。它多采用导电性能较好的金属制成，为矩形空心管。波导管一端接磁控管的微波输出口，另一端接炉腔。

3）搅动器。搅动器的作用是使炉腔内的微波场均匀分布。它由导电性能好、机械强度高的硬质合金材料构成，多安装在炉腔顶部波导管输出口处。它之所以能够旋转，是因为小电动机或发射气流带动的。

4）炉腔。炉腔是盛放需要加热食物的空间。实际上，它是一个微波谐振腔，由钢板喷涂或不锈钢板冲压而成。

5）炉门。炉门是取放食物和进行观察的部件，一般由不锈钢框架镶嵌玻璃构成，玻璃窗中夹着金属多丝孔网板，以防止微波泄漏。

6）炉门联锁开关。为了确保使用安全，微波炉的炉门上安装了联锁开关。当炉门没有关闭或未关好时，联锁开关会切断供电回路，使微波炉不能工作，以免微波泄漏。

炉门联锁开关由初级门锁开关（又称为门锁第一级开关、主开关）、次级门锁开关（又称为门锁第二级开关、副开关）、监控开关、门钩等构成，如图4-56所示。

当炉门关闭时，联锁开关上的两个门钩插入炉腔的长方形孔内，按下微动开关，使门锁初、次级门锁开关闭合，而使监控开关断开，微波炉进入准备工作状态，如图4-56b所示。当打开炉门时，初、次级门锁开关断开，而监控开关接通，使微波炉停止工作。

图4-56 炉门联锁开关

TIPS 选购微波炉的尺寸：

消费者选购微波炉往往看重品牌和容量大小，一般认为容积越大加热越快，忽视了机箱内底板的面积大小。业内人士提醒消费者，在选择微波炉时，一定要注意微波炉底板面积的大小，因为底板面积越大，加热越快，热度越高，受热面积越均匀。在底板面积相同的前提下，容积为23L和21L的微波炉相比，显然是21L的微波炉热效率更高。所以，消费者在选购微波炉时一定要“透过现象看本质”，不可忽视底板尺寸。(www.xing528.com)

7）转盘。转盘安装在炉腔底部，由一个微型电动机带动，以5～8r/min的转速旋转，使转盘上的食物的各部位周期性地不断处于微波场的不同位置，确保食物能够均匀地加热。

8）电源电路。普通微波炉的电源电路仅为磁控管提供3.3V灯丝电压和为高压整流电路提供2000V左右的交流电压，再通过高压电容C和高压二极管VD组成半波倍压整流电路，产生4000V的负压，为磁控管的阴极供电。而电脑控制型微波炉的电源电路还为微处理器（CPU）电路提供12V、5V等直流工作电压。

9）控制电路。控制电路由定时器、功率控制器、过热保护器等构成。

普通微波炉采用电动机驱动型定时器，由定时器控制微波炉的工作时间，定时时间一到，定时器的触点就会断开，切断微波炉的电源。电脑控制型微波炉的定时时间由微处理器进行控制。

机械控制型微波炉的功率控制器多由定时器电动机驱动，通过功率控制器选择旋钮带动凸轮机构来控制功率开关的闭合。为了满足烹调、加热食物的不同需要，微波炉一般可选择的功率有5挡。功率控制器采用百分率定时方式，也就是在一个固定循环周期为30s时，选择最大功率挡位，功率控制器的开关接通时间就是30s；而选择最小功率挡位，功率控制器的开关接通时间就是5s左右。电脑控制型微波炉的功率由电脑进行控制。

无论机械控制型微波炉，还是电脑控制型微波炉，为了防止磁控管过热损坏，通常需要设置过热保护器。该保护器多采用双金属片型过热保护器。

3.机械控制型微波炉的工作原理

典型的机械控制型微波炉的控制系统采用了机械定时器，如图4-57所示。

图4-57 机械控制型微波炉电气系统原理电路（图中开关处于关门状态）

FU—熔断器 S1—副联锁开关 S2—联锁监控开关 S3—主联锁开关 S4—过热保护器 S5—定时器开关 S6—功率调节器开关 MD—定时器电动机 M—转盘电动机 MF—风扇电动机 MV—功率调节器电动机 T—高压变压器 MT—磁控管 C—电容 VD—高压二极管 HL—炉灯

TIPS 微波炉使用时的安放位置：微波炉放置的位置，应该选择在干燥通风的地方，应避免放在有热气、水蒸气和自来水可进入或溅入微波炉里的地方，以免导致微波炉内电气元器件的故障。

在选择放置微波炉的位置时，应尽可能地不要太靠近电视机、录像机和收音机等家电，以免产生噪声影响到收视效果。

关闭炉门时，联锁机构随之动作，使联锁监控开关S2断开，主联锁开关S3和副联锁开关S1闭合，此时微波炉处于准备工作状态。将定时器置于某一时间挡后，定时器开关S5即闭合，炉灯HL的供电回路被接通，HL开始发光；再将功率调节器设定在某一挡上，此时220V市电电压不仅为定时器电动机MD、转盘电动机M、风扇电动机MF供电，使它们开始运转，而且加到高压变压器T的一次绕组，使它的灯丝绕组和高压绕组输出交流电压。其中，灯丝绕组向磁控管的灯丝提供3.3V左右的工作电压，点亮灯丝为阴极加热，高压绕组输出的2000V左右的交流电压，通过高压电容C和高压二极管VD组成的半波倍压整流电路，产生4000V的负压，为磁控管的阴极供电，使阴极发射电子。磁控管形成的2450MHz的微波能，经波导管传入炉腔，通过炉腔反射刺激食物的水分子，使其以每秒24.5亿次的高速振动，互相摩擦，从而产生高热，将食物煮熟。

4.电脑控制型微波炉的工作原理

电脑控制型微波炉的控制系统采用了电脑控制电路，下面以格兰仕WD700A/WD800B型微波炉为例进行介绍。

格兰仕WD700A/WD800B型微波炉的电气系统原理电路如图4-58所示，控制电路如图4-59所示。

（1）电源电路

如图4-59所示，为微波炉通上市电电压后，市电电压通过变压器T101降压，输出6V和16V两种交流电压，其中，6V交流电压经VD1、VD2全波整流，C1滤波产生6.6V直流电压，为显示屏供电；16V交流电压通过VD6半波整流产生19V左右的直流电压。该电压一路通过限流电阻R1、稳压管VZ1、调整管VT1组成的5V稳压器稳压输出5V电压，为微处理器（CPU）等电路供电；另一路通过限流电阻R2、稳压管VZ2、调整管VT2组成的12V稳压器稳压输出12V电压，为继电器等供电。

图4-58 格兰仕WD700A/WD800B电气系统原理电路

（2）微处理器电路

如图4-59所示，该机的微处理器电路以TMP47C400RN微处理器IC01为核心构成。

1）TMP47C400RN的引脚功能。（见表4-1）

2）微处理器基本工作条件电路。5V供电：插好微波炉的电源插头，待电源电路工作后，由其输出的5V电压经电容滤波后，加到微处理器IC01的供电端（42）、（34）、（35）脚，为IC01供电。

TIPS 微波炉用电：

由于微波炉的功率较大，所以在放置微波炉附近的地方要有一个接地良好的三眼插座，最好这一线路是微波炉专用线路，这样可以保证微波炉使用的绝对安全。

TIPS 微波炉使用：

微波炉烹饪用器皿不能用金属和搪瓷制品，因为金属对微波有反射作用。它不仅导致微波炉加热效率降低，加热均匀性差，还会使微波与金属接触产生火花，发生危险，严重时还会损坏磁控管。微波炉在没有放入食品之前，请不要启动微波炉，以免空载运行时损坏磁控管。

图4-59 格兰仕WD700A/WD800B的控制电路

复位：该机的复位电路由微处理器IC01和晶体管VT16、稳压管VZ3等元器件构成。开机瞬间，由于5V电源在滤波电容的作用下是逐渐升高的，当该电压低于4.8V时，VT16截止，VT16的c极输出低电平电压，该电压经R52加到IC01的（33）脚，使IC01内的存储器、寄存器等电路清零复位。随着5V电源电压的逐渐升高，当其超过4.8V后，VT16导通，由它的c极输出高电平电压，该电压经R52、C3积分后加到IC01的（33）脚，IC01内部电路复位结束，开始工作。

时钟振荡：IC01得到供电后，它内部的振荡器与（31）、（32）脚外接的晶体振荡器OSC和移相电容通过振荡产生4.19MHz的时钟信号。该信号经分频后协调各部位的工作，并作为IC01输出各种控制信号的基准脉冲源。

表4-1 TMP47C400RN的引脚功能

（3）炉门开关控制电路

如图4-58、图4-59所示，关闭炉门时，联锁机构相应动作，使联锁开关S1～S3接通。S1、S3接通后，接通变压器T、石英加热管EH与熔断器FU1的电路。S2接通后，不仅将VT6的c极通过VD10接地，而且通过R6使VT3导通。VT3导通后，它的c极输出的电压通过R8限流，加到微处理器IC01的(13)脚，被IC01检测后识别出炉门已关闭，微波炉进入待机状态。反之，若打开炉门后，联锁开关S1～S3断开，切断市电到T、EH的回路。同时，IC01的(13)脚没有高电平信号输入，IC01判断炉门被打开，不再输出微波或烧烤的加热信号，而由②脚输出低电平信号，该信号通过R4限流，使Q7导通，为继电器RY1的线圈提供导通电流，线圈产生的磁场使它内部的触点吸合，为炉灯供电，使炉灯发光，以方便用户取、放食物。

TIPS 提醒：

微波炉工作时，家长应提醒儿童，不要将眼睛紧靠微波炉5cm之内去观看微波炉工作。因为眼睛对微波最敏感，以免受到不必要的伤害。

（4）微波加热电路

1）加热电路。首先，按下面板上的微波键，再选择好时间后，按下起动键，产生的高电平控制电压依次通过连接器T103进入电脑控制电路，送给微处理器IC01进行识别。其中，T103的⑥脚输入的控制电压不仅加到IC01的(14)脚，而且经VD11使VT13、VT14组成的模拟晶闸管电路工作，为VT6的b极提供低电平的导通电压，使VT6始终处于导通状态。IC01的(14)脚输入起动信号后，IC01从内存调出烹饪程序并控制显示屏显示时间，同时控制②脚和(15)脚输出低电平控制信号。②脚输出的低电平控制信号通过R4限流，使VT7导通，为继电器K1的线圈提供导通电流，线圈产生的磁场使它内部的触点吸合，为炉灯、转盘电动机、风扇电动机供电，使炉灯发光，并使转盘电动机和风扇电动机开始旋转。(15)脚输出的低电平信号通过R17限流，使VT4导通，为继电器K3的线圈提供导通电流，K3内的触点吸合，接通高压变压器T的一次回路，使它的灯丝绕组和高压绕组输出交流电压。其中，灯丝绕组向磁控管的灯丝提供3.4V左右的工作电压，点亮灯丝为阴极加热；高压绕组输出的2000V左右的交流电压，通过高压电容C和高压二极管VD组成的半波倍压整流电路，产生4000V的负压，为磁控管EA的阴极供电，使阴极发射电子，磁控管产生的微波能经波导管传入炉腔，通过炉腔反射，最终产生高热，将食物煮熟。

2）磁控管过热保护电路。若磁控管的供电电路或散热系统异常，导致磁控管的工作温度过高时，被磁控管过热保护器S4（见图4-57）检测后，它的触点断开，切断整机供电线路，磁控管等电路停止工作，以免磁控管等元器件过热损坏，实现磁控管过热保护。

（5）烧烤加热控制电路

烧烤加热控制电路与微波加热控制电路的工作原理基本相同，不同的是使用该功能时需要按下面板上的烧烤键，被微处理器IC01识别后，IC01控制②脚和（12）输出低电平控制信号。如上所述，②脚输出的低电平控制信号使炉灯发光，并使转盘电动机和风扇电动机开始旋转。(12)输出的低电平信号通过R15限流，使VT5导通，为继电器K2的线圈提供导通电流，K2内的触点吸合，接通烧烤石英加热管EH的供电回路，使它开始发热，将食物烤熟。