结 总 况 情 方 年 本 将 面 下 究 了 行 进 就 地 不 或 觉 中 作 工 际 实 己 自 在 而 间 心 记 铭 刻 时 ”我 校 ， 数 “兴 。 力 产 生 一 第 的 展 发 和 革 改 学 是 研 科 育 教 为 因
图 1 微波炉功能图 → 220V 交流电→高压变压器→直流高压（4000V 左右）→磁控管阳极→ 2450MHz 微波能 →炉腔→加热介质 ↘磁控管阴极（3~4V）↗ 图 2 微波炉工作结构图 微波炉的电源采用零电压软开关技术，不仅实现了变频功能，还在其基础上减小了开关损 耗,大幅度提高了变换器的工作频率,从而提高了电源的变换效率。 微波炉的控制器用 51 系列单片机实现，在微波炉设计采用 89C52 单片机作为控制核心, 以 Pt100 热敏电阻作为温度传感器, 结合 LED 显示以及必要的外围电路, 完成微波炉的可编 程智能控制。在控制方面, 实现智能化,、信息化管理。
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子点燃系统．可节省电耗 30％ 5) 防止微波泄漏是微波炉在操作中的主要问题，为此．国外厂家采取了一系列措施，但 当时尚未彻底解决，微波泄漏仍是世界性的研究课题，今后将不断完善。 近四十年来，美国和加拿大作为国际微波能协会(MPI)的主要发起国之一，将微波作为一 种先进能源，推进在家庭、工农业、食品、橡胶、木材，医疗、以至当今的高新科技领域的广 泛应用方面起了巨大的促进作用。 在二十世纪 70 到 80 年代曾经有过很快的发展使微波能在北 美地区获得了相当广泛的应用．欧洲的微波能应用虽然不如北美那样发达和广泛，但发展一直 比较稳定，而且质量水准较高。我们熟知的西德、法国、日本、韩国、英国等国的家用微波炉、 微波食品处理等技术和产品在世界比较知名，其中不少已输入我国。澳大利亚在微波炉的研究 方面没有太大的发展，但是近几年推广微波能应用发展很快的国家。主要开创者是原 Deakin 大学的教授现任墨尔本”皇家技术研究所”所长的 V．N．Tran 博士。九十年代初，他们顺应 当时西部澳洲许多环境相关工程项目对微波技术的迫切要求，跟踪北美和欧洲的最新发展，得 到联邦政府的资助，从发达国家购进微波测试仪器、系列微波源，系统和设备，高起点开展了 高功率微波传输、多种微波干燥食品，木材等的加工应用、微波等离子体产生，材料加工和应 用、微波化学反应和应用等工程性项目的研究和开发工作等。 我国微波炉总的来说起步晚，微波炉应用技术起步于上世纪七十年代初，但发展很快。我 国家用微波炉在八十年代还只有以“顺德蚬华"为代表的几条小规模进口生产线，产量很少， 产品主要供出口，家庭普及率很低。随着对外经济的开放，我国人民生活水平不断提商，以及 传统燃料渐趋紧缺，微波炉已经作为家用电器的新大件，成为国内广大城乡家庭实现厨房现代 化的新追求。 近十多年来的时间， 微波炉产业已发展成为一支庞大的家电产业， 由格兰氏， 美 的等大型民营企业开创自己的微波炉生产线使年产量很快超过千万台， 不仅大中城市的家庭 普及率迅速增长， 而且成为国外微波炉生产厂商的强力竞争者在国际市场也占据了重要地位。 微波炉进入我国已有 20 多年，从目前微波炉的发展情况看，中国微波炉企业走的路线是一条 规模路线，并没有较高的技术含量。 九十年代初家用微波炉进入中国市场后，逐步成为家庭厨房中必不可少的器具。但由于脉 冲性火力调控令食物加热不均匀的缺陷， 使微波炉在家庭厨房中长期处于食物再加热的配角地 位。随着生活节奏的加快和厨房革命的兴起，微波炉成为厨房烹饪的主角势不可挡。近年来， 各微波炉厂家都在集中精力研制可线性调节火力强弱使烹调效果更理想的变频微波炉。 变频微波炉代表了世界微波炉的发展方向。用变频器替代传统的变压器，将为磁控管供电 的高压电源换成了集成电路做成的开关电源，大大减少了有色金属的用量，增大了内部炉腔容 量；通过改变电源频率得到了不同的输出功率，解决了传统微波炉通过反复开／关进行火力调 控，导致食物加热不均匀的弊端，实现了真正均匀的火力调控。烹饪的食物口感更好，营养保 存更多。变频微波炉还具有机身轻、噪音低、用电省等特点。 课题类型： （1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型； E—综合应用型 （2）X—真实课题；Y—模拟课题； （1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。
图3
微波炉控制系统整体结构设计框图
结 总 况 情 方 年 本 将 面 下 究 了 行 进 就 地 不 或 觉 中 作 工 际 实 己 自 在 而 间 心 记 铭 刻 时 ”我 校 ， 数 “兴 。 力 产 生 一 第 的 展 发 和 革 改 学 是 研 科 育 教 为 因
结 总 况 情 方 年 本 将 面 下 究 了 行 进 就 地 不 或 觉 中 作 工 际 实 己 自 在 而 间 心 记 铭 刻 时 ”我 校 ， 数 “兴 。 力 产 生 一 第 的 展 发 和 革 改 学 是 研 科 育 波炉具的设计与研究。微波炉在我国已经比较普及，但是随着时代的发 展，人们对微波炉的要求不断增加，不仅仅能达到加热、烹调食物的目的，还要能解冻、烧烤 等，对其的功率及耗电量的要求也越来越高。本课题主要探讨一种节电的微波炉——变频微波 炉的研究设计方法。通过本课题研究掌握以下内容：交直交变频技术：交直交变频技术的概念 和发展，目前交直交变频技术的研究现状，交直交变频技术的控制方式、主要应用及微波炉中 常用的控制方式。微波炉的 CPU 震荡电路：震荡电路原理、组成及电路图。微波炉电源电路： 电源电路原理、组成及电路图。微波炉系统的电路及制版：控制系统的原理、组成、电路图， Protel 工具的简介、使用 Protel 进行电路设计的流程,微波炉系统的电路图等。 一、交直交变频技术 交直交变频电路由整流电路、中间直流电路和逆变电路构成。VVVF、矢量控制、直接转 矩控制和矩阵式交—交变频是变频控制的几种方式。 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20 世纪 60 年代后期开始, 电力电子 器件从 SCR(晶闸管)、GTO (门极可关断晶闸管)、BJT (双极型功率晶体管)、MO SFET (金属氧 化物场效应管)、S IT( 静电感应晶体管)、S ITH (静电感应晶闸管)、M GT(MO S 控制晶体管)、 MCT (MO S 控制晶闸管) 发展到今天的 IGBT (绝缘栅双极型晶体管)、HV IGBT(耐高压绝缘 栅双极型晶闸管) , 器件的更新促使电力变换技术的不断发展。 起初, 变频技术只局限于变频不 能变压。20 世纪 70 年代开始, 脉宽调制变压变频(PWM - VVV F) 调速研究引起了人们的高 度重视。 VVVF 变频器的控制相对简单 , 机械特性硬度也较好 , 能够满足一般传动的平滑调速要 求, 已在产业的各个领域得到广泛应用。 但是, 这种控制方式在低频时, 由于输出电压较小, 受 定子电阻压降的影响比较显著, 故造成输出最大转矩减小。矢量控制变频调速的做法是: 将异 步电动机在三相坐标系下的定子交流电流 Ia、Ib、Ic 通过三相—二相变换, 等效成同步旋转坐 标系下的直流电流 Im l、It l, 然后模仿直流电动机的控制方法, 求得直流电动机的控制量, 经 过相应的坐标反变换, 实现对异步电动机的控制。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型 , 控制电动机的磁链和转 矩。 它不需要将交流电动机化成等效直流电动机, 因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算; 它不需要模仿直流电动机的控制, 也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 VVVF 变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同 缺点是输入功率因数低, 谐波电流大, 直流回路需要大的储能电容, 再生能量又不能反馈回电 网, 即不能进行四象限运行。为此, 矩阵式交——交变频应运而生。 二、微波炉系统的设计 变频微波炉采用了变频技术，其关键技术是变频器与变频磁控管的匹配，通过理论与实 验相结合得出有关匹配的调节规律，调节变频器输入脉冲信号的占空比，根据实际需要达到连 续调节微波炉输出功率的目的。 变频器的输入是工频电源(220V/50Hz)，通过整流桥进行整流，获得约 300V 的直流电压。 在控制信号 PWM（由软件编程产生）的控制下，通过高频变压器升压，获得约 2000V 的交流高 压，再倍压整流，就获得提供给磁控管约 4000V 的直流高压。其功能块图如图 1 所示。市电 (220V/50Hz)经滤波器滤波后，进入电路系统。在微动开关以及电脑板的控制下，整个系统实 现运行、检测、保护等功能。
毕业设计（论文）学生开题报告
课题名称 课题来源 学生姓名 自 选 微波炉具的设计与研究 课题类型 学 号
EY
指导教师 专业班级
程 琼
本课题的研究现状、研究目的及意义 微波是一种无线电波， 是一种高频率的电磁波， 波长在 lmm 至 1m 之间， 频率在 300KMHz 一 300MHz，家用微波炉的微波频率为 2450MHz(相应波长为 12．25cm)，工业用微波炉的工 作频率为 915MHz(相应波长为 32．8cm)。微波具有反射、穿透、吸收等三种特性。1)反射性： 微波碰到金属会被反射回来，故采用经特殊处理的钢板制成内壁，根据微波炉内壁所引起的反 射作用， 使微波来回穿透食物， 加强热效率。 但炉内不得使用金属容器， 否则会影响加热时间， 甚至引起炉内放电打火。2)穿透性：微波对一般的陶瓷器、玻璃、耐热塑胶、木器、竹器等具 有穿透作用，故为微波烹调用的最佳器皿。3)吸收性：各类食物可吸收微波，致使食物内的分 子经过震荡，磨擦而产生的热能。但其对各种食物的渗透程度视其质与量的大小、厚薄因素而 有所不同。1946 年，斯潘瑟还是美国雷声公司的研究员。一个偶然的机会，他发现微波溶化 了糖果。事实证明，微波辐射能引起食物内部的分子振动，从而产生热量。 1947 年，第一台微波炉问世。微波炉的生产最早起源于美国，由于微波炉有着巨大的优 势，在 20 世纪七八十年代已风行欧美和日本等国家。日韩逐渐成为微波炉的生产大国；进入 九十年代，国际市场微波炉在现有的基础上向更高更新的标准优化。在微波炉研制生产方面， 业界出现了美国、日本、韩国三强鼎立的局面。但近十年来(90 年代中)，随着日本的微波炉慢 慢衰退，中国的微波炉产业慢慢兴起，并且中国企业正有逐步取代日韩企业的地位的迹象，近 五年来，韩国的三星微波炉正悄悄淡出中国市场，LG 也在偷偷收缩中国战线，而老牌的惠而 浦、夏普、三洋、大字等外资品牌的微波炉已全面溃败中国。中国正慢慢成为微波炉生产与制 造的世界工厂。 早 80 年代初开始，有关微波炉的应用研究引起了许多学者的广泛兴趣。 1) 开发售价低廉的普通微波炉：由于国外激烈的商业竞争．微波炉的售价随着市场需求 量的增加而逐渐下降。85 年日本松下公司推出 NE3 20 一型的微波炉，售价 4．8 万日元； 2) 向多功能、多用途的组合式微波炉发展：日本于 1986 年销售的 190 万台微波炉中，单 一加热功能的机型占 38％，带烘烤功能的组合型占 62％。今后．从只有微波加热单一功能向 微波与电热元件组合加热的微波炉发展已是一种趋势。 3) 采用微电脑控制技术．实现全电子化：采用微电子控制最新技术．使得控制程序日益 齐全．食品整个加热过程实现自动化。日本夏普 R-0560 型微波炉，能自动计算食品重量，从 而决定正确的加热功率强度和时间。日本东芝 ER．901J 型微波炉能以图形及声音告知烹调顺 序。美国利顿公司的“自动烹调”微波炉能进行人机对话，把用户的要求信息输入后，而进行 智能化的操作。 4) 采用先进的电子技术。提高微波炉的电能效率．完善微波炉的安全性：除了改进微波 炉的电子元器件性能外．主要途径还是采用先进的电子控制技术。如在组合式微波炉上利用电