磁控管預(yù)熱時間對微波爐能效影響的研究

康新蕾

（電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院 四川 成都 610054）

1 引言

隨著世界節(jié)能意識，環(huán)保意識，資源意識的增強，我國對家電行業(yè)出臺了一系列的規(guī)范性文件。為促進微波爐行業(yè)的進一步發(fā)展，我國積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)方針和等同IEC標(biāo)準(zhǔn)原則，制定了GB 24849-2010——《家用和類似用途微波爐能效限定值及能效等級》。此標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合發(fā)布并于2010年12月1日實施。

微波爐能效等級分為1、2、3、4、5級[1]，其中1級產(chǎn)品最為節(jié)能，效率值需達到62%以上，2級為60%，相鄰能效等級相差2%。能效標(biāo)識制度是政府推行的強制性節(jié)能措施，引導(dǎo)社會向“節(jié)能低碳，綠色發(fā)展”的方向發(fā)展。

微波爐能效等級的測試技術(shù)是根據(jù)GB[2]附錄A進行測試的，研讀過程中，發(fā)現(xiàn)了一些值得商榷的問題——磁控管預(yù)熱時間、溫度等對微波爐能效等級評定的影響。本文主要針對磁控管燈絲預(yù)熱時間對效率的影響進行討論。

2 微波爐磁控管工作原理

磁控管由陰極（燈絲）、陽極、耦合環(huán)、環(huán)形磁鋼以及能量輸出機構(gòu)（天線）等組成。陰極和陽極組成同軸圓柱結(jié)構(gòu)形式，陰極處在中心，它發(fā)射電子流，陽極則環(huán)繞陰極，陽極是由許多小諧振腔構(gòu)成的諧振系統(tǒng)[3]。微波爐磁控管燈絲一般工作電壓為交流3.3V，電流10A左右，陽極對陰極電壓為直流4000V左右，磁控管通電時，燈絲被加熱，同時在燈絲與陽極間形成高壓電場，在電場作用下，燈絲向陽極發(fā)射電子，陽極接收到電子而產(chǎn)生陽極電流。電子在到達每個陽極諧振腔時按照其諧振頻率振蕩，同時，因為環(huán)形磁鋼產(chǎn)生的恒定磁場垂直于高壓電場方向，在該磁場的作用下，電子沿?zé)艚z與陽極間的圓周空間作擺輪曲線運動形成一個積聚能量的旋轉(zhuǎn)電子云，向陽極不斷輸送能量，在陽極上就可以獲得穩(wěn)定的2.45GHz的微波振蕩能量。

2.1 GB中測試技術(shù)計算公式

微波爐輸出功率測量和微波爐效率是根據(jù)GB附錄A給出的公式：

進行計算，并且（1）式中要除去磁控管燈絲預(yù)加熱時間。

但標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及磁控管燈絲預(yù)熱時間為多少及如何去測定[4]，而通常認為預(yù)熱時間是3s，但是在實際測量中發(fā)現(xiàn)并非如此。（圖1a為實驗系統(tǒng)框圖，圖1b為實物圖。）

2.2 系統(tǒng)簡介

經(jīng)由精密凈化交流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓，調(diào)壓變壓器調(diào)壓，使微波爐工作電壓在220V(1±1%) 范圍內(nèi)，在實驗過程中，微波爐輸入電壓、電流、功率、能量可在電參數(shù)測量儀讀取，并由LabView程序?qū)訜釙r間和實時功率進行讀取并保存數(shù)據(jù)。本文之所以用電參數(shù)測量儀采集數(shù)據(jù)，是為了與廠家給出的額定輸入功率與實際輸入功率做比較。表1是試驗用的幾款微波爐，額定電壓、頻率均為220V~50Hz。

表2

2.3 采取數(shù)據(jù)

本文以開啟微波爐到達到穩(wěn)定工作輸入功率時的時間為△t，單位s，實驗數(shù)據(jù)見表2。

可見，只除去磁控管預(yù)熱時間（通常認為3s）對微波爐能效等級評定會產(chǎn)生很大的誤差，圖2a是三款微波爐加熱60s，時間和輸入功率的關(guān)系圖，圖2b是微波爐A加熱時間與功率曲線。

由圖可以看出，微波爐從開啟至達到穩(wěn)定功率這段時間要大于3s，而且功率也并非是突然間增大到穩(wěn)定功率，這是由于燈絲加熱不足，引起電子發(fā)射不足造成的。在前(2-3)s，輸入功率基本不變，接近零，是控制電路板與磁控管燈絲預(yù)熱共同作用下導(dǎo)致的，在能效測試中這兩個時間又是無法區(qū)分開來的。功率開始上升到達到穩(wěn)定功率這段時間也需要3s左右的時間，可見只去掉通常認為的3s是不正確的。

國標(biāo)中未給出磁控管預(yù)熱時間的明確定義，這就使得我們在微波爐能效測試技術(shù)中沒有一個準(zhǔn)確的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，除去3s和除去達到穩(wěn)定功率時的時間△t，顯然效率是不同的。由于輸入能量也未給出確切的定義，在能效測試中，是以廠家給出的額定功率為準(zhǔn)，還是以實際測試中的功率為準(zhǔn)計算，結(jié)果可以跨越能效等級，帶來誤差。本文建議利用實際輸入功率進行計算，如圖2b陰影部分所示，即求功率對時間的積分，得到輸入能量Win。此次實驗中，以實際輸入能量為準(zhǔn)計算，加熱時間減去3s所得效率為66%，減去5.48s所得效率為69%，其能效值相差3%，而實際吸收的能量比實際輸入能量所得效率為63%。

3 結(jié)論

在測試技術(shù)計算式（1）中，若t減去磁控管預(yù)熱時間，而輸入能量為實際輸入能量時，微波爐效率就被人為的提高了。由于磁控管預(yù)熱時間的變化及不確定，建議避免計算磁控管預(yù)熱時間，直接利用負載水和硼硅玻璃容器實際吸收的能量與實際輸入能量之比求得效率，即公式（3）：

其中，p為測得的實時功率（W），t為加熱時間(s)。

以上是本人在實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，若有理解不正確的地方，請各專家批評指正。

[1][2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.家用和類似用途微波爐能效等級限定值及能效等級[S].GB 24849-2010.06.30發(fā)布，2010.12.01

[3] 王文祥.微波工程技術(shù).成都：國防工業(yè)出版社，2009,4-1:384

[4] 張兆鏜.《家用和類似用途微波爐能效限定值及能效等級》國家標(biāo)準(zhǔn)中存在的若干問題及可能產(chǎn)生的測量誤差.昆明理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011,8.62-65