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            大容積工業微波爐的設計原則(一)
            瀏覽次數:次   發布時間:2014-12-11 10:22:05

            隨著微波技術的應用與發展,微波設備的使用范圍從軍事信息傳遞延伸到家庭微波爐的使用,然后又拓展到工業生產使用。工業微波爐與家庭的小型微波爐相比,最主觀的對比是容積的不同,工業微波爐的容積可達小型微波爐的數倍,甚至數百倍。因此,工業微波爐的設計就有許多不同的考慮原則,但主要可以歸納為以下幾類:

            一、具有足夠高的微波功率密度。

            微波功率密度影響微波加熱的效率以及加熱的均勻性。如果微波功率密度不足,物料中的極性分子可供吸收的微波不足,物料外部的極性分子將大部分的微波吸收,而內部的吸收不足,最終導致加熱不均勻;同時,微波功率密度不足會導致物料升高相同的溫度所需的時間也會延長,降低工作效率。因而,具有足夠高的微波功率密度是保證設備工作效率與生產質量的前提。

            二、具有足夠多的模式數,以保證爐內微波場強分布的均勻性;

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            • 由于微波波長與物體幾何尺寸的共度性,因此在S波段的微波單模腔的幾何尺寸很小,容積也不大,這種小容積的爐腔不僅在工業加熱上沒有使用價值,即使在家用微波爐中也無使用價值。這就決定了無論是家用微波爐還是工業微波爐都不得不采用過模的多模電磁諧振腔。
            • 從物理學和電磁學的理論知道,任何一個諧振腔內,在過模狀態下,其中可能存在的諧振模式數目是與該腔體的體積成正比的,體積越大,其中可能存在的模式數目就越多,而腔內的微波電場的分布均勻性又與模式數目成比例。因此,腔體的體積影響著腔內電場的均勻性,體積越大,腔內電場的均勻性越好。但片面追求增大體積卻會使微波功率一定情況下的功率密度下降,同時腔體四周的金屬邊界的增大會增加損耗,這就意味著設備設備腔體越大,微波輸入功率也就越大,這也就是市場上一部分出口的大容積家用微波爐中采用1kW-1.6kW磁控管的理由。

            三、與微波源具有良好的耦合方式保證足夠高的耦合效率

            微波源與爐腔的耦合微波源與爐腔的耦合是工業微波爐設計中的另一個重要問題。通常對這種耦合的基本要求是:

            • (1)、爐腔與微波源具有良好的(荷載情況下)的匹配,使微波源的功率無反射地饋入腔內;
            • (2)、耦合裝置應能最大限度地激勵起眾多電磁振蕩模式,以保證腔內場分布的均勻性。
              這種耦合裝置一般可分為直接耦合和間接耦合兩種類型;
              • 1、直接耦合型
                在直接耦合方式中又可分為單管及多管直接耦合方式。直接耦合方式就是將磁控管的同軸天線直接插入爐腔中某一合適位置以產生面極化,或在天線端加接一螺旋天線以產生圓極化的電磁波。
                原則上,多模腔中的模式數目與耦合口數量沒有直接的關系,但在當前實際情況下,由于家用微波爐用磁控管的低廉,在工業微波爐中已大量采用幾只、數十只甚至上百只爐用磁控管同時饋能以產生大功率的裝置,這種情況下,多管直接耦合就是一種必然的耦合方式。因此耦合口的分布,相對位置及極化方式都將影響到多管耦合時的耦合效率;這時要考慮的問題已不再單純的模式數目的多少,同時還要考慮多管的相互耦合即耦合效率問題,設計不好,多模腔將低效率、無法運行甚至還會毀壞管子。這種情況下,需要考慮各振蕩源之間的交流耦合及其對振蕩器壽命及加熱均勻性的影響。
              • 2、間接耦合型
                這種耦合方式是指微波磁控管先去激勵一根波導管,再將該波導與爐腔以單孔或多孔相耦合以激勵腔內產生多模的電磁場。這種耦合方式適用于單管大功率磁控管情況。因為這時不存在多管相互交流耦合問題,因而相對來說比較簡單。

            目前國內許多廠商把多隙縫波導天線輻射器引入工業微波爐中,有兩點應引起注意和重視。第一,爐內負載較輕時,這種多隙縫天線輻射系統實際上是一種爐腔內的激勵裝置,不能認為這是一種微波輻照系統,設計不好,將產生較大反射,耦合效率不高;第二,當負載較重且離天線離物料較近時,這才是一個比較理想的微波輻照系統,周圍金屬墻壁只起到一個防電磁輻射的屏蔽系統,而已不再是一個多模腔了,這時的容積和幾何尺寸不是臨界的,設計的出發點應該是多隙縫天線的輻射效率。

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