项目二 微波炉原理与维修
微波炉是一种利用微波加热食物的新型炊具。它将电能转变为电场能，然后以微波形式将能量传递给待加热食品中的分子。微波炉具有加热速度快、热量损失少、无污染、无明火、效率极高等特点。
知识目标
（1）理解微波及微波加热原理。
（2）掌握磁控管的结构和工作原理。
（3）理解微波炉采用的防微波泄漏措施。
（4）明确微波炉使用注意事项。
技能目标
（1）认识微波炉的结构。
（2）掌握主要元器件的作用及检测方法。
（3）掌握检修微波炉的常见故障的方法。
任务一 认识微波炉的结构
任务分析
本单元主要学习微波加热的基础知识、磁控管的工作原理，掌握微波炉的结构和主要元器件的作用与检测方法。
基本知识
一、微波和微波加热
微波是指波长为 1mm ～1m，频率为 300MHz～300GHz 的电磁波，它的传播速度等于光速。微波遇到金属物体会产生反射，而对玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料具有可透射性，而对富含水分的食物，微波的能量会被吸收，并转换为热能。微波炉正是充分应用了微波这些特性。
物质的分子分为有极性和无极性两种，无极性分子中的电荷分部均匀，不显电性，而有极性分子基本电荷分布不均匀，在某个方向上显电性。在无电场的情况下，众多有极性分子是杂乱无序的排列，而在外电场力作用下，这些有极性分子会沿着电场线的方向呈现有序排列，这种现象称为有极性分子的极化。当外电场方向变化时，有极性分子的取向也会随之改变。
我们的食物中一般都有大量的水分，而水就是有极性分子。微波炉加热食物时，磁控管发出频率为 2450MHz 的微波，微波被导入到炉腔，炉腔内食物中的水分子在微波电场力作用下，将按电场力方向做有序排列。当微波的电场方向快速变化时（2450MHz），大量水分子跟着微波电场的变化而高速改变方向，即食物中的水分子在不断地产生振动。水分子的振动、互相撞击、摩擦，短时间内就产生大量的热量，从而加热了食物。
二、磁控管的结构和工作原理
磁控管又称为微波发生器，它是微波炉的心脏部件。磁控管的作用就是将电能转变成微波能，产生和发射微波。
磁控管由灯丝、阴极、阳极、天线及磁铁等组成，如图2-1所示。灯丝的作用是对阴极加热。阴极采用发射电子能力很强的材料制成。阳极是用来接收发自阴极的电子的装置，通常采用导电性能好，气密性能良好的无氧铜制成。在阳极朝阴极的面上，一般有偶数个谐振腔。天线又称做微波能量输出器，一般制成条状或棒状，一端接阳极，另一端延伸输出管外用于输出微波。磁铁的作用是提供一个与阳极轴线平行的强磁场。
图2-1 磁控管的结构
微波炉工作时，磁控管灯丝通电加热，阳极与阴极间加上3kV以上的直流电压。阴极被加热后，便有大量自由热电子逸出，这些电子在阴、阳极之间电场力作用下向阳极运动。电子在运动过程中，同时还受到磁场力的作用，在两种力共同作用下，电子沿轮摆线轨迹向阳极运动，进入谐振腔中产生电磁振荡而输出微波，微波经天线进入波导管，由其引入到炉腔。
三、微波炉采用的防微波泄漏措施
微波能被肉类食物吸收并进行加热，同样人体在遭遇微波时，也将要被微波“加热”，因此微波对人体是十分有害的，在利用微波加热时要特别注意微波的泄漏问题。在微波炉的设计中采取了多种措施防止微波的泄漏。
（1）磁控管用金属做成的内壁经过特殊处理，对微波反射性能极好。
（2）炉腔是用铝板或不锈钢板制成的，微波炉的外壳也是用金属做成的并接地处理，可以有效地防止微波泄漏。
（3）炉门装有两个以上的联锁开关装置，可以保证打开炉门之前切断磁控管的工作电源，迫使磁控管停止工作，停止发射微波。
（4）炉门观测窗的玻璃夹层中有金属丝网，可以保证微波不会从观察窗泄漏。
（5）炉门的任何一处均可经受0.5kg钢锤反复敲打而不变形和破裂，炉门的开启寿命在25万次以上，并在出厂前严格通过开关试验检查，使每次开启和闭合时都能自动切断和接通电源。
（6）出厂前在炉门5cm处测得的微波泄漏要在1mW/cm2 以下。
有了这些防微波泄漏措施，加上对微波炉的正确使用和保养，及时消除微波外泄的因素，微波炉就可以长时间安全地使用。
四、使用微波炉的注意事项
（1）在使用微波炉前，要认真阅读使用说明书。
（2）微波炉要放置在通风的地方，附近不要有强磁性物质，以免干扰炉腔内磁场的均匀状态，使工作效率下降。还要和电视机、收音机离开一定的距离，否则会影响视听效果。
（3）炉内未放烹饪食品时，不要通电工作，否则会损坏磁控管，为防止一时疏忽而造成空载运行，可在炉腔内置一个盛水的玻璃杯。
（4）凡金属的餐具以及竹器、塑料、漆器等不耐热的容器，有凹凸状的玻璃制品，均不宜在微波炉中使用。瓷制碗碟不能镶有金、银花边。
（5）微波炉的加热时间要视材料及用量而定，注意加热时间，宁短毋长。
（6）带壳的鸡蛋、带密封包装的食品不能直接烹调，以免爆炸。
（7）一定要关好炉门，确保连锁开关和安全开关的闭合。
（8）炉内应经常保持清洁。在断开电源后，使用湿布与中性洗涤剂擦拭，不要用水冲洗，防止水流入炉内电器中引起意外。
（9）定期检查炉门四周和门锁，如有损坏、闭合不良，应停止使用，以防微波泄漏。不宜把脸贴近微波炉观察窗，防止眼睛因微波辐射而受损伤。
（10）大部分微波炉在炉腔内的右侧有微波馈入口，一般用云母或塑料片遮挡，必须定期用湿布擦洗干净，否则溅在上面的食物残渣易被炭化，引起微波反射，烧坏磁控管。
议一议
微波炉的应用对人类有哪些贡献和危害？
基本技能
技能训练 认识微波炉的结构
1．微波炉的结构
微波炉的结构如图2-2所示。
图2-2 微波炉的结构
2．主要元器件的作用及检测
主要元器件的作用及检测如表2-1所示。
表2-1 主要元器件的作用及检测
续表
任务二 检修微波炉的常见故障
任务分析
本单元主要学习普通型微波炉的电器控制电路，并且学会常见故障的检修，熟练使用万用表测量相应电路。
基本知识
一、分析普通型微波炉的电路原理
图2-3所示是一个普通型微波炉的电路原理图。电路中，变压器提供磁控管灯丝所需的低电压，同时还输出近2 000 V的交流高压，经高压二极管D与高压电容器C组成的倍压整流电路，得到近4 000 V的脉动电压，加到磁控管的阴-阳极上。其中阳极接地，因此，阴极为负高压。
图2-3 普通型微波炉的电路原理图
微波炉的加热过程如下。
（1）关上炉门，主连锁开关闭合，设置好定时时间及加热功率，然后，按下启动开关，电源接通，定时器电动机、转盘电动机、风扇电动机开始运转。
（2）电源220V加到变压器初级，经变压器变压后，3.3V加到磁控管灯丝，2000V由高压电容和高压硅堆倍压整流，得到4000V脉动直流，加到磁控管阴阳极之间，磁控管产生微波，由波导管输送到炉腔，微波炉加热。
（3）定时时间到，加热停止。炉门打开加热停止。按暂停按键，加热停止。
普通型微波炉的常见故障检修方法如表2-2所示。
表2-2 普通型微波炉的常见故障检修方法
二、分析计算机板微波炉的电路原理
采用微计算机控制的微波炉的结构与普通型微波炉基本相同，主要区别在于控制系统，用微计算机及轻触开关代替普通型微波炉中的定时器和功率控制器，并增加了定时时间的数字显示及各种功能显示。利用微计算机来对炉内食物的加热时间和加热功率进行自动调节，从而扩大了使用范围，使其对不同类食物进行解冻、保温和烹饪均能达到有效、准确的控制。微计算机把预定的烹饪程序存储在IC芯片中，微波炉工作时就按存储的程序自动对食物进行烹饪。如图2-4所示的微计算机控制微波炉电路框图清楚地表明了其工作过程。
图2-4 飞跃牌WP600型微波炉的整机电路图
与普通微波炉相比，微计算机控制微波炉通常还具有下述特有的功能。
（1）定时选择功能。一般可在99分99秒范围内任意选择烹饪时间，由平面数码管显示，采用逐减计数方法，计数减至零时烹饪结束。
（2）功率选择功能。一般分为 5～9 挡，最小功率为整机功率的 10%，而最高功率为整机功率的100%。
（3）定时启动微波炉功能。可在 9 小时 99 分范围内选择延时启动微波炉，到达选定的时刻，微波炉自动开始烹饪。
（4）温度控制与两种烹饪操作程序兼容的功能。当微波炉按某一种烹饪功率与时间程序操作结束后，可以立即自动转入另一种烹饪功率与时间程序操作。
（5）声响报警功能。当烹饪时间或温度达到预定值时或发生故障时，能自动发出声响，报知使用者。
下面以飞跃牌 WP600 型微波炉的电路为例，简单说明采用微计算机控制的微波炉的工作原理。
飞跃牌WP600型微波炉的整机电路如图2-4所示。图下方大的点画线框内是计算机控制板，SA1、SA2为安全连锁开关，SA3为门检测开关，SA4为门监控开关，KA1为功率控制继电器，KA2 为定时控制继电器，SA6 为轻触开关组，变压器 T 提供磁控管所需的电压， VD和C组成倍压整流电路，Ml、M2分别为转盘和风扇电动机，HL为炉灯。
使用时，将食物放人炉腔，关上炉门，SA1、SA2、SA3 闭合，SA4 断开。根据需要选择烹调程序后，按下启动键，微计算机输出信号使继电器KA2、KA1吸合，动合触点闭合。这时磁控管通电开始产生微波，经波导管输入炉腔，对食物加热。同时转盘电动机 M1、风扇电动机M2、炉灯HL也通电工作。定时器、显示器开始倒计时。当设定的程序终了时，微计算机使继电器KA2、KA1断电释放，切断微波炉的电源。在程序未结束时，如需中断，可按暂停键，则微计算机立即使KA2、KA1释放；也可直接打开炉门，通过SA1～SA4来中断加热。如需继续加热，关上炉门，再按启动键，微波炉即可继续工作。
三、控制电路分析（选学内容）
图2-5所示是飞跃牌WP600型微波炉控制电路的电路原理图。电路的核心是单片微计算机MC68705R3，外部电路可分为电源、输出驱动、键盘输入、显示、时钟、复位、蜂鸣等单元。
图2-5 飞跃牌WP600型微波炉控制电路的电路原理图
1．电源电路
220 V交流电压经变压器T1降压，VD1、VD2全波整流，C5滤波后输出+12 V直流电压，作为继电器的电源。另一路经三端集成稳压电路7805输出+5V直流电压，作为控制电路的主电源。
变压器T1初级侧并联的RV1是压敏电阻，它与熔断器FU1组成过电压保护电路。电压正常时，RV1阻值很大，对电路无影响。如电压过高，达到压敏电阻的转折电压时，RV1阻值突然变得很小，在输入回路中形成很大的电流，FU1熔断，切断控制电路的电源，保护微计算机为核心的控制电路不会损坏。
2．输出驱动电路
微计算机输出的信号不能直接驱动继电器，必须经过电平转换电路，才能驱动相应继电器。在PA6、PA7口分别外接三极管VT3、VT5，通过它们带动继电器KA2、KA1。在PA6或PA7输出高电平时，VT5、VT3饱和导通，继电器KA2或KA1吸合，接通高压变压器初级电路，产生微波。PA5可输出音频信号经VT1转换为驱动蜂鸣器BL，产生提示音。
3．显示电路
飞跃牌 WP600 型微波炉采用发光二极管显示器。一共有6 位，其中数字4 位，标记 2位。对于每一位数字，当每一个发光二极管导通时，相应的一个笔段就点亮。控制不同组合的发光二极管点亮，就能显示各种字符。标记位的点亮与数字位的点亮情况原理相同。
该显示器中的发光二极管采用共阳极接法。各阳极接单片微计算机的位扫描输出端PB0～PB5。PB0～PB5输出的位扫描信号，经VT8～VT13反相后的高电平信号轮流加到显示屏中的6个公共阳极上，在段输出端口（PC0～PC6）中输出对应的段信号，才能点亮对应笔段的发光二极管。扫描信号是循环往复进行的，即一位一位地轮流点亮各显示位的字符，且每隔6ms显示一次，每次显示1ms。由于人眼的视觉暂留作用，看上去显示器显示的字符是一直亮着的。采用动态显示主要是为了减少微计算机控制显示的I/O端口数。
4．键盘输入电路
经XP4外接的键盘是一个由薄膜开关组成的4×6矩阵，电路如图2-6所示。未按轻触开关时，行、列之间的10根线是不通的。当按下某一键时，相对应的行、列两根线便接通，信号立即输入微计算机，由计算机做出判断后，产生相应的动作。
图2-6 键盘输入电路
5．其他
微计算机工作时的时钟信号由5、6脚外接的晶体振荡器B提供，时钟信号频率为4 MHz。2脚外接的电容器C2组成通电复位电路。通电时，C2开始充电使2脚（RESET）为低电平，并维持一定时间后，升为高电平，这一复位信号使电路进入待命状态。
扬声器BL采用压电陶瓷片，由单片微计算机的PA5端口控制。PA5有信号输出时，BL便发出频率为3 kHz左右的声响。
基本技能
技能训练一 微波炉不能加热故障的分析和检修
故障分析
炉灯亮，转盘转动正常，说明整机供电正常，不加热说明加热部分出现故障。由微波炉的工作原理得知：微波炉的加热主要是由高压变压器产生高压，经过高压二极管、高压电容组成的倍压整流升压后输给磁控管，同时变压器的另一组输出3.5V的低压电输给磁控管的灯丝。磁控管得到这两个电压后产生微波，对食物进行加热。若上述部件或连接导线出现断路性故障，磁控管都不能产生微波对食物进行加热。
故障检修
在对元器件检查之前，首先要检查相关连接导线或连接点是否出现断线或接触点氧化等现象。在保证连接线路完好的情况下再对元器件进行检测，具体检测方法如下。
（1）高压变压器T是否损坏。可以用万用表测量各绕组是否出现断路，方法如图2-7所示。
图2-7 高压变压器测量方法
电压的测量方法：拔除高压变压器次级的两个绕组的插线端子，接通电源，用万用表2500V交流电压挡测量侧次级高压，正常值在2100V左右，次级另一绕组电压为3.5V左右，任一电压异常，特别是无电压，说明高压变压器损坏，需更换同型号的高压变压器。
（2）磁控管的灯丝是否熔断。磁控管的灯丝电阻为零点零几欧姆，若电阻为无穷大，说明灯丝断路，同时测量灯丝与外壳间的电阻应该为∞，否则击穿损坏，需更换同型号的磁控管，如图2-8所示。另外，要注意检查磁控管磁钢是否开裂，若开裂，同样需要更换。
图2-8 磁控管检测方法
（3）高压电容是否失效或开路。放电后可以用电容表测量其容量，和标称值比较，如果变化较大，需更换同型号的高压电容。若无电容表，也可以用万用表的电阻挡通过指针的偏转来判断电容的容量，若无经验，此方法最好通过用同规格的电容的测量来比对实现。
（4）高压二极管是否损坏。用万用表 R×10k 挡测量，正向电阻值约为 150kΩ 左右，反向电阻无穷大为正常，不符合上述电阻值的则为损坏，需更换同型号的高压二极管。
技能训练二 微波炉屡烧保险管故障检修
故障分析
微波炉屡烧保险管，说明微波炉电路存在短路性故障。由原理图分析可知，造成短路烧保险的原因可能有如下。
（1）门监控开关短路。正常状态下门监控开关在门打开时，触点闭合；而在门闭合时开关触点断开。若在门已关闭的情况下，开关未断开，但电路接通后，门监控开关直接把电源短路，由于电流太大，直接把保险管烧断。
（2）变压器初级、次级出现短路。当变压器出现短路故障时，电路中的电流远超过正常的电流值，保险丝因过流而被烧断。
（3）高压二极管或高压电容击穿。当高压二极管或高压电容击穿后，变压器次级绕组电流将增大，高压保险管同样也会因过流而烧断。
故障排除
根据对屡烧保险丝的故障分析可知，故障原因可能是电路出现短路，在对元器件检查以前，首先要检查连接导线是否出现短路或因触点脱落造成电路短路，在保证连接电路正常的情况下，对元器件进行检测，以排除故障。检测和排除故障过程如下。
（1）对连接电路进行检查。
（2）检测门监控开关和门开关。在炉门关闭的情况下，由万用表检测门开关的两触点的电阻，为了避免外电路的干扰，去掉开关与外电路连接端子。电阻值应为无穷大为正常。否则需要更换同规格的监控开关。
（3）检测开关变压器的输入/输出电阻是否正常，如果小于正常值说明变压器内部出现短路故障，需更换同规格的高压变压器。
（4）检测高压二极管或高压电容是否出现短路、击穿现象，如损坏更换同规格的二极管或电容。
需要说明的是，在用万用表检测的时候，有可能元器件出现问题而检测不出来，原因是万用表的内电源电压太低，这时对怀疑的元器件用替换法可能是比较好的方法。
技能训练三 具有烧烤功能的微波炉不能烧烤故障的检修
烧烤的工作原理
从图2-9所示可以看出，具有烧烤功能的微波炉的火力选择开关比普通微波炉多了一组烧烤选择开关。
图2-9 带烧烤功能的微波炉电路原理图
当火力选择开关选择烧烤功能（仅烧烤功能）时，微波开关断开，没有微波产生，同时继电器失电使常闭触点闭合；烧烤开关闭合，给石英发热管供电，石英发热管得电发热对食物进行烧烤。当定时时间到，石英加热管失电，停止烧烤。
当火力开关选择在微波功能（仅微波功能）时，烧烤开关断开，微波开关闭合，产生微波对食物加热，同时继电器得电，继电器常闭触点断开，保证石英加热管支路断电而不产生烧烤功能。
当火力开关选择微波和烧烤混合功能时，烧烤开关闭合，微波开关根据火力大小的不同进行火力分配，当产生微波时，继电器将断开烧烤支路，仅产生微波对食物进行加热；当微波开关断开时，继电器使烧烤电路接通进行烧烤功能。这样烧烤和微波交替进行对食物烹调。
故障检修
微波炉微波烹调正常，说明微波炉低压控制电路和高压电路均正常。不烧烤通常是烧烤电路有问题。故障原因和维修方法如下。
（1）火力选择开关中烧烤开关触点不能闭合，致使烧烤支路不能得电，石英发热管不能发热进行烧烤。检修方法：断开电源，将火力选择开关选择在仅烧烤功能，用万用表欧姆挡测量烧烤开关引出接点的电阻，正常值应该为0或很小；若电阻值很大，说明开关触点已被氧化或开关损害，此类故障一般要更换同型号火力选择开关。
（2）继电器的常闭触点不能闭合，引起石英发热器不通电。检修方法：断开电源，用万用表欧姆挡检修继电器的常闭触点是否闭合，若电阻值很大，说明触点已不能闭合。可以将引线调至继电器的另一组常闭触点使用，故障可排除。
（3）石英发热管损坏引起不发热。用万用表欧姆挡检测石英管的电阻值，正常时冷态电阻值一般为几十欧姆。若电阻值为无穷大，说明该石英发热管内部电阻丝烧断。应更换石英发热管。
普通型微波炉的常见故障检修方法如表2-2所示。
表2-2 普通型微波炉的常见故障检修方法
知识拓展
微波炉技术发展趋势
1．采用球体微波技术的微波炉
传统微波炉是用几个不同相位的束射波，通过反射碰撞实现对食物的加热。球体微波技术是采用无数个不同相位和不同时间的束射波，构成球体微波。每一束射波在炉腔内运行，再经过无数次反射，会产生无数个新的和更新的球体微波。这使微波加热更均匀、更迅速、更省电，烹饪效果更理想。
2．多重防微波泄漏技术——绿色环保微波炉
微波泄漏一直是消费者担心的问题。微波泄漏的国际标准为 5mW/cm2，各生产厂家已将标准提高到1 nW/cm2。为确保用户更加安全地使用微波炉，格兰仕率先采用特殊材料、特殊的炉门结构、特殊的开关系统及特殊的网孔板等，已将微波炉泄漏量控制在0.1mW/cm2以下，相当于国际标准泄漏量的1/50。
3．组合式微波炉
为了使微波炉增加新的功能，有的制造厂商把传统的加热器与微波炉有机地组合在一起。主要有微波炉附加加热器与烘烤器，在结构上有把微波炉与电炉、微波炉与煤气炉组合在一起，还有为厨房设计专用的嵌入式双层微波炉。组合式微波炉能进行烘烤和红外线炙烧，可使肉食表面烤成红褐色，糕饼烤成金黄色。
4．智能化变频微波炉
最新式微波炉是具有智能化功能的变频式微波炉，其优点如下。
（1）食物味道更好，变频式微波炉是采用微计算机控制的变频器，适时地控制微波炉磁控管微波辐射功率的强弱，可将微波炉内的温度稳定在预定的范围内，真正实现了从强火力到弱火力的自动调控，而不是以往的用通电时间的长短来控制。这样，能使食物受热更均匀，一次性加热的烹饪效果更好，并可更好地保持食物原有的风味和营养，避免了传统微波炉反复加热，食物口感略显不足的缺点。
（2）解冻效果更好更好，变频式微波炉引入了无序解冻理论，使解冻过程更接近自然解冻规律。多元自然形式的解冻程序恰到好处，取得了较为理想的解冻效果，避免食物解冻过度或不足等现象。应用变频式微波炉还能将解冻时间缩短25%～40%。
（3）内胆空间更大式微波炉，由于变频式微波炉机械控制部分的质量只有非变频式微波炉的1/9，且结构更加紧凑，所以其内胆空间可以从23L增大到28L，相应的圆盘直径也从315mm增大到350 mm，这样便可烹饪更多、更大的食物。
（4）功耗更少，变频式微波炉的整个加热过程为连续不断地变功率加热，一次完成，避免或尽可能地减少了加热过程中的多次启动耗电，故更加节能省电。以日平均使用15 min为标准，一年可节省约15%的电费。
项目评价
项目小结
（1）微波是一种电磁波，家用微波炉常用 2450MHz 的微波。微波碰见金属性的物体会反射，碰见绝缘材料会透射，碰见含水量较多的食物会被吸收转换为热量。
（2）磁控管是微波炉的心脏，是产生发射微波的器件，实质是一个螺旋加速器，由灯丝、阴极、阳极、发射天线。磁铁和散热器组成。灯丝加电压3.3V，用于烧烤阴极发射电子，阳极加4kV左右的直流高压，用于加速电子，在内部谐振腔中形成微波。天线用于引出微波。
（3）微波炉主要由金属外壳、炉腔、炉门、磁控管、食物转动系统、安全连锁机构、定时功率控制机构、高压变压器、倍压整流电路和散热保护系统等组成。
（4）微波炉的常见故障是不能微波加热，产生微波的条件有：磁控管良好，磁控管具备的工作电压，3.3V的灯丝电压和2kV的阳极高压，具有极强的磁场。检修时要按照这个思路认真检修。
思考与练习
1．什么是微波？其主要特点有哪些？
2．试述微波加热的原理。
3．微波炉的主要特点有哪些？
4．试述微波炉的主要结构和主要部件的作用。
5．试述磁控管的构造和工作特性。
6．微波炉的炉门采取什么措施防止微波泄漏？
7．微波炉采取哪些措施以实现其加热的均匀性？
8．如何正确使用微波炉？
9．普通型微波炉通电后指示灯亮，但不能加热，引起这一故障的原因有哪些？
10．普通型微波炉磁控管损坏是由哪些原因所致？
11．与普通微波炉相比微计算机控制微波炉具有哪些特有的功能？