微波炉的电磁兼容技术

      微波炉是40年代发展起来的一种厨房设备。由于微波炉烹调速度快,且厨房温度低,环境卫生好,操作简单,因而导致了一场烹调革命,并使微波炉成为饭店、食堂以及家庭中极为有用的设施。微波炉在美、日、联邦德国等已普遍使用,我国近十几年来也开始大量使用。

　　从国内外微波炉电磁泄漏测量来看,过去生产的微波炉由于设计不严密,门缝大以及联锁装置调节粗糙等,使得漏能严重(均在每平方厘米几毫瓦到几十毫瓦)。美国辐射医疗卫生局的鉴定结果表明,1971年前生产的某些微波炉,因存在着微波泄漏,所以被认为是有危险的。为此,人们便开始着手解决微波泄漏问题,即电磁兼容问题。

　　1 箱式微波炉的漏能抑制

　　为保证微波炉辐射和泄漏维持在低水平上,要求炉门的结构设计正确、合理;关闭后严密,经久耐用。根据这一原则,在总结了炉门金属弹性片装置与导电橡胶等问题的基础上,研究设计了用吸收材料制作的吸波结构来抑制微波的泄漏 。这是实现微波炉电磁兼容的关键一环。
　　1.1 橡胶铁氧体炉门

　　它是设计有金属弹簧片和吸收体的新型炉门结构,见图1。为防止加热时微波能量从炉体与炉门之间的缝隙中泄漏出来,其间装有金属弹簧片。为防止使用一段时间后发生漏能,又在微波泄漏途径中安装有吸收体。采用这种设计,可以获得显著的防止效果。

　　炉门设计上所采用的吸收体是一种铁氧体粉与橡胶的混合物,两者按5份铁氧体粉与1份橡胶混合并且调成均匀状态后制成橡胶铁氧体,它具有尖晶石结构。

　　这里所使用的铁氧体粉是用20克分子的氧化镍、20克分子的氧化锌和60克分子的三氧化二铁混合均匀后压制而成,然后放入1200℃温度的加热设备中烧1h,冷却后球磨5h,即可得到颗粒度在1～5μm的铁氧体粉。然后将1～5μm的铁氧体粉与含氟橡胶(商品名为Kel·F的一种有机高分子化合物)相混合,则构成橡胶铁氧体材料。

　　由于橡胶铁氧体材料具有很好的弹性和柔性,因而可以制成所需要的结构形状和大小,使用时极为方便。当把橡胶铁氧体做成合适的形状和大小后,可用粘结剂或夹具将其固定在炉体或炉门上。

        1.2 抗流结构橡胶铁氧体炉门

　　若把橡胶铁氧体与抗流腔综合设计,联合使用,其抑制效果又将提高一步。
　　这种结构的炉门,是在炉体与炉门之间的部位设计有抗流腔,同时设计安装有橡胶铁氧体吸波结构。这种设计实质上是采用双重密封来阻止能量的泄漏,其中:第一级密封为抗流腔,它的作用是在预定的缝隙处提供一个终端电流短路面;第二级密封是橡胶铁氧体,它的作用是吸收与截止能量的传播。这两级密封都是沿着门的四周设置于缝隙处的。

　　当前,国内外所采用的炉门结构设计大体上有下述几点要求
　　①联锁装置:为了防止炉门打开时微波炉仍然工作产生能量辐射,设计上要求每一台微波炉均应设计安装有两套联锁装置,以保证当炉门打开后微波炉自动停止运行。
　　②炉门的抑制装置要经久耐用,防护作用好。

　　无论采用金属弹性片的结构,弹性橡胶管的结构,1/4波长扼流槽结构,还是采用吸收体结构,或者采用抗流吸收体结构(见图2,图3,图4,图5,图6),均必须保证其可靠,经久耐用,抑制效果好。

图1　新型结构的炉门设计

图2　金属弹簧片结构门

图3　弹性胶管金属网络结构门

图4　4入/4扼流槽结构门

图5　扼流吸收体结构门

图6　几种结构的炉门泄漏能量电平的比较曲线

图6为几种结构的炉门泄漏能量比较曲线,图中曲线A表示门上未采取抑制措施时炉门的泄漏水平,可以看出漏能严重;
曲线B表示门上装有不开槽的抗流结构时炉门的泄漏水平,比前者低很多;
曲线C表示装有开槽的抗流结构时炉门的漏泄水平(开槽槽宽为0.25～0.32mm煵奂渚嗬胛20mm
牏熆槽的抗流体结构抑制漏场电平比不开槽的抗流体结构的抑制漏场电平低17dB熞种菩Ч大大提高。

　　2 波导型加热器的漏能抑制

　　波导型加热器的进、出料口是这类加热器的主要漏能部位,防止漏能的主要手段是在进出料口处装设抑制器。防漏能抑制器系采用λ/4短路传输线设计,即是说抑制器的高度要分别设计为各对应波导波长的四分之一或略短于四分之一,这类抑制器具有20dB的衰减效果和50MHz的频宽。在实际上,为了有效地防止微波泄漏,原则上可采用多个上述结构的抑制器,每个抑制器的间距以波导波长的四分之一为佳。

         3 加热器防漏能的处置原则

　　对于箱型加热器而言,凡是由于安装或使用原因,比如经常使用造成加热器的门关闭不严,有较明显的缝隙,或弹性片有损伤造成门关闭后有开口等等,只要改善活动部件的联结,或更换不理想的部件,保证活动部件关闭后与加热器构成电器一体,就可以防止微波漏泄。

　　对于连续型加热器而言,加工物料的进出口漏能与开口高度和长度有密切关系。开口高或宽,漏能则加大;开口小或窄则漏能减小。实际上,按CISPR规定的两个民用频段,2450MHz工作频率的微波加热器,开口高度应在40mm以下;915MHz工作频率的微波加热器,开口高度应在80mm以下。在进、出料口再安装设计正确的抑制器或吸收器,完全可以防止微波能量的泄漏。

　　4 磁控管阴极泄漏的防止措施

　　微波加热设备所采用的微波管系磁控管。当磁控管安装不当,磁控管没有与座平装紧,造成缝隙;或磁控管使用中的原因等,均可使微波能量比较容易地从阴极处泄漏出来,形成污染。

　　为防止磁控管的阴极泄漏,通常可采取如下措施:
　　①在磁控管内的阴极陶瓷筒处加装扼流筒,扼流筒的高度为1/4波长。
　　②在磁控管上加装金属罩予以屏蔽。
　　③所有安装的屏蔽罩应当装有耐高压的穿心电容,灯丝引线从穿心电容内引出,这样可以使阴极与灯丝等负高压部件和大地之间的高度绝缘。

　　5 距离防护

　　基于微波辐射能量有随距离加大而衰减的规律,且波束集中等特点,因此经济实用的防护措施是采用距离防护。
　　所谓距离防护,就是加大微波场源与人群的距离。所以,在现场可结合工作环境的合理布局,千方百计地加大微波设备(包括天线)与工作人员或生活区的距离,达到保护人的目的。

　　6 合理设计排湿孔和观察孔

　　在屏蔽实践中,对洞孔或缝隙的处理,在感应场中由于频率低波长长,虽然不十分严格,但处理得不当,会影响屏蔽效能。
　　由于在屏蔽罩上出现了洞孔或缝隙,破坏了屏蔽壳体的连续性,迫使屏蔽上的感应电流在洞孔或缝隙处产生途径迂回,使感应电流不能畅流,从而减弱了所产生的反向磁场降低了屏蔽效果。所以,按这种迂回电流观点,窄长缝隙要比同样面积的圆洞孔或方形洞孔影响严重,一个大圆孔或方洞孔要比同样面积的若干小洞孔影响严重。随着频率的升高,这种情况更为明显。其实在感应场防护中,在屏蔽体上开10cm的圆孔,电磁泄漏并不严重。对电场来说,屏蔽体上开孔缝,问题不是很大,主要是由于波长长的缘故;但对磁场来说,磁力线容易绕出来。在特殊的条件下,为了减少屏蔽体的发热,破坏强大的涡流而将屏蔽体分成两半。不过在屏蔽体上开一条缝,将会引起缝隙两端的严重发热。这是因为:感应电流受阻,迂回集中流向开口缝隙的两端。所以在实际制作中,尽量减少不必要的洞孔和缝隙,有时为了观察加工件加热情况,可以开个洞孔,但洞孔不宜太大,洞孔大了将成为一个有效的辐射振子,向外大量的辐射电磁波。所以对微波而言要求孔径不应超过1/40波长。

　　7 安全使用要点

　　安装与使用过程中,必须严格遵守下列各项规定之要点,做到准确安装、操作安全。

　　7.1 安装与使用之前的检查
　　①按着产品技术说明书准确地安装与调试微波炉,确保微波炉的工作正常、接地良好。
　　②投入使用前,必须按说明书与给定的技术条件认真检查微波炉的各个结构与部件是否正常,有无损坏,是否有松动以及装错等。发现不符合说明书要求的,必须仔细排除。
　　③通电试机,认真观察微波炉的运行状态是否正常,否则,应送指定部门检修。

　　7.2 正确操作要点
　　①应当严格按照产品说明书规定的使用程序认真操作。
　　②不准空炉运行。
　　③不准从观察窗内插入任何物体。
　　④不准从炉门密封处插入任何物体。
　　⑤工作过程中,人员应远离微波炉1m之外。
　　⑥经常经查微波炉工作状态,发现异常情况时,务必停炉检查。
　　⑦微波炉不准带病运行。

　　7.3 维护
　　①应当经常用水清洗炉膛、炉门与密封处,不准留有污垢。这些污垢极易引起微波泄漏。
　　②经常检查炉门密封等部位有无裂缝、污垢;门是否翘曲或移位;联锁装置是否有故障等。
　　③不准用砂纸、金属丝团等物擦洗微波炉及相关部分。
　　④工作完毕,应切断电源,整理好各种物品,使炉门复位。