UNIVERSITATEA ”DUNĂREA DE JOS” GALAŢIFACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ŞI ELECTRONICĂ

SPECIALIZAREA ELECTRONICĂ APLICATĂ

CUPTORUL CU MICROUNDE(PROIECT LA APARATE ELECTROCASNICE

PE SEMESTRUL I)

Îndrumǎtor, Studente,Prof. OANCĂ Marcel DAMASCHIN Claudia-Anca GUŢOI Elena-Artemiza

GALAŢI - 2009 -

Cuprins

1. Scurt istoric a cuptorului cu microunde......................................2

2. Noţiuni generale.........................................................................3

1.1. Tehnica preparării alimentelor.............................................4

1.2. Utilizarea cuptorului cu microunde în condiţii optime........5

1.3. Modelul liniei de transmisiuni (TLM).................................6

3. Parţi componente a cuptorului cu microunde.............................7

4. Principiul de funcţionare............................................................8

5. Scheme electrice.......................................................................19

5.1. Schema electrică a cuptorului Samsung............................19

5.2. Schema electrică a cuptorului Panasonic..........................20

5.3. Schema electrică a cuptorului AEG..................................21

5.3.1. Funcţionarea cuptorului cu microunde AEG...........21

6. Bibliografie...............................................................................23

1

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,

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

2

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.

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.

3

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.

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.

4

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.

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 .

5

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.

Fig. 2.1

6

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.

7

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;

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...).

8

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

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

9

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.

Fig. 4.1

10

Fig. 4.2

Fig. 4.3

unde:

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 (P0 ): 1260 W

Frecvenţa: 2460 MHz

11

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

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

12

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.

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

13

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

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. De-

a lungul axei magnetronului acţionează un câmp magnetic continuu de mare intensitate care

este creat de un magnet între ai cărui poli este aşezat magnetronul .

14

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 .

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.

Fig. 4.9

15

Se obţine astfel în jurul catodului o sarcină spaţială rotitoare, a cărei viteză de rotaţie

depinde de tensiunea anodică. Sarcina electronică spaţială, care se roteşte cu o anumită viteză

şi care provine din acţiunea comună a câmpurilor continue electric şi magnetic este în

interacţiune cu câmpurile electrice alternative ale rezonatoarelor şi întreţine oscilaţiile din ele.

Când fluxul de electroni începe să execute mişcarea de rotaţie în dreptul fantelor

cavităţilor rezonante (în momentul când se pune sub tensiune circuitul anodic), apar în

rezonatoare impulsuri de curent de inducţie şi iau naştere oscilaţii proprii amortizate de

diferite frecvenţe şi faze.

16

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 180o.

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.

Interacţiunea electronilor dintr-un câmp electric alternativ este de aşa natură, încât fluxul

electronic cedează câmpului mai multă energie decât cea primită de la acesta, transformând

astfel oscilaţiile amortizate din rezonatoare în oscilaţii întreţinute. Fluxul electronic rotativ

sub acţiunea câmpului electric alternativ al rezonatorului suferă o modulaţie de viteză şi o

modificare a traiectoriei electronilor. Ca urmare norul electronic îşi modifică forma inelară,

luând o formă dinţată. Astfel se poate spune că electronii se grupează sub forma unor spiţe,

aceste spiţe aparţinând unei roţi care se roteşte în jurul catodului. Electronii din spaţiul dintre

spiţe se reîntorc pe catod în timp ce electronii care formează spiţele, adică sarcina spaţială

rotativă, sunt captaţi de anod după ce au cedat cea mai mare parte a energiei lor câmpului de

microunde.

În figura 4.10 este prezentată apariţia acestor spiţe.

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 (4.1)

unde :

N - numărul de rezonatoare;

H - intensitatea câmpului magnetic;

f - frecvenţa oscilaţiilor generate;

a - constantă, depinde de modul de construcţie al magnetronului;

17

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.

18

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

19

5.2 Schema electrică de principiu a cuptorului cu microunde Panasonic

20

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 SF1, bobina L1, borna c, a modulului

microprocesor, borna e, bobina L2 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.

21

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 KR, prin K1, T şi K2.

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 KR 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 RL,

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 Kv. Contactele Kv 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 K1,

K2 rămân sudate, iar triacul este scurtcircuitat.

22

6. Bibliografie

1. 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/

23