Компонування і принцип дії

Основним елементом НВЧ-апаратів є генератор надвисоких частот (магнетрон), у якому електрична енергія постійного чи змін­ного стуму перетворюється в енергію електромагнітного поля надвисоких частот (рис. 2.17). Магнетрони мають високу потужність від 0,5 до декілька десятків кіловат і високий ККД. Це діод з особли­вою конструкцією анода. Анод виконано у вигляді мідного блока кільцевої форми, на внутрішньому боці якого розташована парна кількість щільних резонаторів, довжина яких дорівнює!Л довжини хвилі. Оскільки змінний магнітний потік одного резонатора замикається через сусідні резонатори, то всі резонатори магнетрона зв'язані між собою у певному порядку мідними перемикачами -низками. Для підтримання теплового режиму зовнішня частина анода має оребрення. В одному з резонаторів вмонтовано петлю для виведення енергії коливання, що з'єднана з коаксіальною лінією, яка, у свою чергу, закрита герметичним ковпаком (ковпак виконано із прозорого матеріалу для НВЧ-поля). Виводи катодних ніжок знахо­дяться у скляних трубках. З боків анод закритий кришками, які разом з ним створюють вакуумний простір. Анод має високий позитивний потенціал, а катод - негативний. Оскільки анод є корпусом магнетро­на, то його заземлюють.

Рис. 2.17. Генератор енергії надвисоких частот - магнетрон: 1 - катодні ніжки; 2 - мідні перемикачі; 3 - резонатори; 4 - анод; 5 - петля зв'язку; б - коаксіальні лінії; 7 - захисний діелектричний ковпак; 8 - катод

Між анодом і катодом виникає електричне поле, силові лінії якого розташовані радіально. Вздовж осі катода діє магнітне поле, утворене спеціальним електромагнітом, який змушує електрони, що виходять із катода, відхилятися від радіального напряму і рухатися у просторі по складній спіральній траєкторії. Траєкторія руху електрона залежить від напруги магнітного поля і анодної напруги. У середови­щі взаємодії постійно існує електронна хмара, яка обертається навколо катода з постійною кутовою швидкістю. Коли електрони проходять поблизу щілинних зазорів резонаторів, то в них виникають імпульси наведеного струму і відбувається особисте затухання коливань. Зв'язані один з одним резонатори є складною коливальною системою.

Геометричні параметри магнетронів, параметри електричного і магнітного полів вибирають так, щоб електрони, взаємодіючи зі змінним електричним полем, яке потрапляє в зазори резонатора, віддавали цьому високочастотному електричному полю резонатора частину своєї енергії, отриманої внаслідок прискорення постійним електричним полем, доданого між катодом і анодом. Енергія, яка виникає в системі резонатора за допомогою індуктивної петлі зв'язку і коаксіальної лінії, подається до зовнішнього наванта­ження.

Нині у промисловості випускаються НВЧ-апарати з комбінова­ним способом нагрівання і можливістю здійснення різних способів обробки продуктів харчування (розморожування, варіння, смаження, випікання тощо).

Принцип роботи НВЧ-апаратів незалежно від їх конструктивних особливостей однаковий, а саме: магнетрон генерує електромагнітну енергію, яка передається по хвилевідводу в робочу камеру. На діелектрик, що знаходиться в камері, діє електромагнітне поле, і він нагрівається. Залежно від виду кулінарної обробки (смаження, варіння, випікання) додатково вмикають елементи регулювання (гриль, комбі, випікання тощо). Дисплей і кнопки регулювання розташовані на передній панелі апарата (рис. 2.18).

Рис. 2.18. НВЧ-апарат:

а -загальний вигляд; б - схема; в - панель управління:

/ - вікно для виходу мікрохвиль; 2 - вихід для гарячого повітря;

З — термоелементи гриля; 4 - жарильна шафа; 5 - дверцята; 6 - панель

управління; 7 - скло (захищене від проникнення мікрохвиль);

8 - прокладка для ущільнення; 9 - запобіжне блокування дверцят;

10 - дисплей; 11 - гриль; 12 - комбі; 13 - кнопка продовження часу

приготування; 14 - випікання; /5 - термодим; 16 - програмування заданого

процесу; 17 - НВЧ (вибір ступеня нагрівання); 18 - розморожування;

19 - вмикання і вимикання; 20 - регулювання ваги, часу і температури;

21 - таймер

Практика використання апаратів з НВЧ-нагріванням дозволяє зменшити порівняно з традиційними методами:

- час обробки продуктів у десять разів;

- час технологічних циклів у 20-65 разів;

- витрати маси сировини від 3-10% до 0,5%;

- виробничі технологічні площі у 3-5 разів;

- обслуговуючий персонал на 20-25%;

- витрати електроенергії на 25-50%;

- площу, об'єм і вагу промислового устаткування у 2-4 рази. Апарати з НВЧ-нагріванням дозволяють збільшити макси­мальну продуктивність на 20-50%.