Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов




НазваниеКурсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов
страница1/3
Дата публикации17.10.2016
Размер9.76 Kb.
ТипКурсовой проект
  1   2   3


УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СЕРВИСА


Кафедра МАБН

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БМП
На тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов.
Разработал : ст.гр.МД-42

kot318@rambler.ru

Проверил: проф., к.т.н.

kot318@rambler.ru

УФА-2004г.




Содержание

Введение

1 Сверхвысокочастотные микроволновые печи

1.1. Что такое микроволны

1.2 Типы волноводов

1.3 Элементы микроволновой печи

1.3.1 Камера микроволновой печи

1.3.2 Магнетрон

1.3.3 Высоковольтный блок питания

1.3.4. Блок управления

1.3.5 Микроконтроллеры

1.3.6 Прочие элементы микроволновой печи

1.4 Перспективы развития микроволновых печей

2 Патентное исследование

3 Расчетная часть

4 Конструкционная часть

Список литературы

Введение

Микроволновое или, иначе, сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра. Сфера применения микроволновой техники в настоящее время достаточно широка и по мере развития науки и технологии все больше внедря­ется в нашу повседневную жизнь. Кроме микроволновых печей можно отметить такие области применения, как радиолокация, радионавигация, системы спутникового телевидения, телефонная сотовая связь и многое другое. В последнее время идут интенсив­ные и небезуспешные исследования по использованию микроволн в медицине и биологии.

Физическая природа микроволнового излучения такая же, как у света или радиоволн. Отли­чие только в частоте, с которой происходят электромагнитные колебания, или в длине волны, что - то же самое, поскольку последняя связана с частотой.

^ 1 Сверхвысокочастотные микроволновые печи

1.1. Что такое микроволны
Микроволновое или, иначе, сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра. Сфера применения микроволновой техники в настоящее время достаточно широка и по мере развития науки и технологии все больше внедря­ется в нашу повседневную жизнь. Кроме микроволновых печей можно отметить такие области применения, как радиолокация, радионавигация, системы спутникового телевидения, телефонная сотовая связь и многое другое. В последнее время идут интенсив­ные и небезуспешные исследования по использованию микроволн в медицине и биологии.

Физическая природа микроволнового излучения такая же, как у света или радиоволн. Отли­чие только в частоте, с которой происходят электромагнитные колебания, или в длине волны, что - то же самое, поскольку последняя связана с частотой соотношением:

λ = c/f

где λ длина волны, с — скорость распространения волны, f — частота.

Частота, с которой происходят колебания электромагнитного поля, в значительной степени влияет на его внешние свойства. Все знают о существовании радиоволн, инфракрасного или тепло­вого и ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучах и видимом свете. Но все это разные проявления одного и того же явления — электромагнитных волн. Различие заключается только в одном - в частоте колебаний (рис.1). И, тем не менее, свойства перечисленных явлений могут отличаться как день от ночи. Причина заключается в соизмеримости длины волны с различными физическими объектами. Например, свет или рентгеновское излучение легко проходят через кри­сталл, у которого расстояние между атомами меньше длины волны и, наоборот, длинноволновое из­лучение не сможет проникнуть, допустим, в металлическую трубу даже очень большого диаметра. Поэтому, попав каким-нибудь загадочным образом в цельнометаллический тоннель с транзистор­ным приемником, не пытайтесь его трясти и бить о стену в надежде извлечь звуки, отличные от тре­ска и шипения.


Рисунок 1 – Шкала электромагнитных волн

Если в низкочастотной электронике принято оперировать понятиями токов и напряжений, то в микроволновом диапазоне в большинстве случаев используются величины, характеризующие электромагнитное поле. Главные из них — это напряженность электрического поля Е и напряжен­ность магнитного поля Н. Для наглядности электрические и магнитные поля принято изображать в виде силовых линий. Силовые линии не являются реально существующими физическими величина­ми, а лишь помогают графически отобразить то, что не имеет ни формы, ни цвета, ни запаха. Ка­сательная к силовой линии указывает направление силы, действующей на электрический заряд или магнитный диполь, а плотность расположения силовых линий — на величину напряженности поля.

Например, на рис.2 показано магнитное поле вокруг проводника с током и электрическое поле, образованное двумя точечными зарядами.




Рисунок 2 – Силовые линии электрического поля Е и магнитного Н

Длина волны микроволнового поля - величина того же порядка, что и компоненты электри­ческих схем, поэтому последние очень сильно влияют на его распределение. Если в СВЧ цепь включен резистор, то его ориентация в пространстве, размеры и длина выводов имеют такое же значение, как и номинал, а в некоторых случаях и более важное. Такие компоненты, как конденса­торы и индуктивности, вообще выполняются на СВЧ платах в виде утолщения или сужения токоведущего проводника. В этом есть некоторое преимущество, поскольку многие пассивные элементы технологически можно выполнить очень легко и с минимальными затратами. Например, колеба­тельная система магнетрона, используемого в микроволновых печах, представляет собой медную штампованную болванку со специальными отверстиями. Аналогичная конструкция на более низких частотах потребовала бы не одного десятка конденсаторов и индуктивностей. Но за все в жизни приходится платить. В данном случае некоторая простота в изготовлении с лихвой перекрывается сложностью на этапе расчета и конструирования. Это одна из причин, которые сдерживают широ­кое распространение микроволновой техники. Есть и другие, не менее важные.

Большую сложность представляет проведение измерений на сверхвысоких частотах. Электрические параметры элементов микроволновой техники носят распределенный характер. Ес­ли в радиотехническом колебательном контуре электрическая энергия сосредоточена в конденса­торе, а магнитная в катушке индуктивности, то в СВЧ резонаторе, выполняющем ту же функцию, электрические и магнитные поля переплетены между собой и отделить емкость от индуктивности, за исключением отдельных специфических случаев, не представляется возможным. Пирожок, по­догреваемый в микроволновой печи и, соответственно, являющийся нагрузкой СВЧ цепи, вносит в нее дополнительную емкость, а также индуктивность и сопротивление. Переместив пирожок внут­ри камеры, мы поменяем соотношение между этими параметрами, поэтому бессмысленно изме­рять пирожки в микрофарадах, даже если бы они хорошо подходили для использования в СВЧ цепях по другим причинам.

Еще одно препятствие на пути микроволновой техники лежит в плоскости теории. В класси­ческой электротехнике существует ряд фундаментальных законов, таких, как закон Ома, законы Кирхгофа и др., с помощью которых можно рассчитать электрическую цепь. Однако в СВЧ диапазоне приме­нение этих законов в чистом виде, как правило, невозможно. Все законы классической электротехники имеют ограниченный характер. Это вовсе не означает, что они неверны, но они справедливы только там, где отсутствует излучение.

Микроволновый диапазон - это та часть электромагнитного спектра где классическая электротехника уже не работает, а относительно простые законы оптики еще не работают.
^ 1.2 Типы волноводов
Для передачи энергии от генератора к нагрузке в СВЧ диапазоне используются волноводы. Волновод представляет собой полую, металлическую трубу круглого или прямоуголь­ного сечения (рис.3).



Рисунок 3 – Внешний вид волновода

Электромагнитная энергия передается по волноводу примерно так же, как вода по водопро­водной трубе, внутренняя поверхность волноводов часто полируется и покрывается тонким слоем серебра. С повышением частоты возрастает доля мощности, теряемой на излучение. Однако при дальнейшем повышении частоты возрастают потери, связанные с затуханием сигнала в материале. Потери в вол­новоде, изготовленного из меди с площадью поперечного сечения в десятки миллиметров, возникают из-за того, что токи текут не по всему сечению волновода, а лишь там, куда проникает электромагнитное поле по так называемому скин-слою. Глубина скин-слоя зависит от частоты и удельной проводимости металла, из которого изготовлен волновод.

Большое значение имеет качество внутренней поверхности волновода. Чем выше шероховатость стенок волновода, тем длиннее путь СВЧ токов и тем быстрее происходит затухание волны. Поэтому для снижения потерь волноводы иногда полируют и покрывают тонким слоем серебра, на глубину скин-слоя.

В СВЧ технике встречаются волноводы с различным профилем поперечного сечения: П-образные, Н-образные, круглые, овальные и т.д. В микроволновых печах используются только прямоугольные волноводы.

Распространяемые по волноводу электромагнитные волны условно можно разделить на два основных типа. Волны, имеющие составляющую электрического поля вдоль направления распрост­ранения и не имеющие магнитной, относятся к Е-типу. И наоборот, волны, имеющие магнитную со­ставляющую вдоль направления распространения и не имеющие электрической, относятся к Н-типу. Каждый тип волны обозначается соответствующей буквой с индексом из двух цифр, пока­зывающим число стоячих полуволн вдоль большей и меньшей сторон поперечного сечения волно­вода. Таким образом, по названию волны можно определить соответствующую ей структуру поля.

Если размеры обеих поперечных координат меньше, чем длина полуволны, то через такой волновод волна распространяться не может. В этом случае говорят, что волновод является запредельным для данного типа волны.
^ 1.3 Элементы микроволновой печи
Типовая конструкция микроволновой печи со снятым кожухом показана на рис. 4. Несмотря на кажущееся многообразие микроволновых печей, их внутреннее строение практически одинаково. В некоторые печи введены дополнительные элементы (гриль, конвектор и т.д.), однако это никак не отражается на тех элементах, которые обеспечивают микроволновый нагрев.




Рисунок 4 – Внешний вид микроволновой печи со снятым кожухом

Приготовление пищи происходит в металлической камере, снабженной дверцей для защиты от излучения. Для обеспечения равномерного нагрева пищи служит вращающийся столик, который приводится в движение микродвигателем, находящимся под камерой. Иногда вместо вращающего­ся столика с той же целью используется диссектор — металлическая деталь, по внешнему виду на­поминающая пропеллер, который располагается в верхней части камеры и прикрывается диэлектрическим окном из радиопрозрачного материала. Микроволновая энергия поступает в ка­меру от магнетрона, как правило, через отрезок прямоугольного волновода. Для охлаждения маг­нетрона в процессе работы предназначен вентилятор. Теплый воздух от магнетрона через воздуховод направляется в камеру, обеспечивая дополнительный подогрев пищи, и затем вместе с образуемым паром выводится наружу через специальные неизлучающие отверстия. Высоковольтный блок питания магнетрона состоит из трансформатора, конденсатора и диода. Чтобы не допустить работу микро­волновой печи с неплотно закрытой дверцей, используются блокировочные микропереключатели. Освещение в камере осуществляется лампой накаливания, обычно располагаемой внутри воздуховода. Режим работы печи задается с помощью блока управления. Последний может быть выполнен либо в виде элект­ромеханического таймера, либо в виде электронного блока, как правило, на основе микроконтрол­лера. Для предотвращения наводок от работающей микроволновой печи во внешнюю цепь используется сетевой фильтр, на котором размещены также один или два предохранителя. Чтобы исключить выход печи из строя из-за перегрева, многие из них имеют термореле, которые обычно располагаются на магнетроне и на камере с внешней стороны.

^ 1.3.1 Камера микроволновой печи
Основная проблема, возникающая в камере микроволновой печи, — это неравномерность нагрева продукта. Причина заключается в том, что камера, по сути, представляет собой резонатор, колебания в котором происходят в виде стоячих волн. Особенностью стоячих волн является нали­чие пространственных максимумов и минимумов электрического поля.



Рисунок 5 – распределение электрического поля и распределение мощности в камере микроволновой печи.

При наличии поглощающей нагрузки, каким является продукт, распределение полей в каме­ре усложняется. Это способствует некоторому выравниванию температуры нагрева в различных частях камеры. Причем, чем больше продукта находится в камере, тем равномернее происходит его нагрев. Выравнивание температуры происходит также за счет конвекции и теплопроводности. Однако всего этого явно недостаточно для нормального приготовления продуктов. Исправить поло­жение можно, для этого нужно чтобы поле действи­тельно равномерно со всех сторон проникало в продукт, необходимо волны, идущие по разным направлениям, разделить во времени.

Существует много различных устройств, реализующих селекцию видов во времени. Наиболь­шее распространение получили диссектор и вращающийся столик.


Рисунок 6 - Диссектор

Он представляет собой несколько металлических лопастей различной конфигурации, закреп­ленных на общей оси, которые расположены в непосредственной близости от ввода СВЧ энергии. Принцип действия диссектора состоит в следующем: во время вращения он своими лопастями воз­мущает электромагнитное поле в том месте, где СВЧ энергия поступает в камеру.

Достоинством диссектора является простота его конструкции и, как следствие, низкая стои­мость и высокая надежность.

Недостатки напрямую связаны с принципом его действия. Чем лучше условия для перемеши­вания поля, тем хуже условия согласования.

Вращение диссектора в микроволновых печах обеспечивается двумя способами: воздушным потоком от вентилятора, охлаждающего магнетрон, или с помощью ременной передачи.

Другим устройством, обеспечивающим равномерный нагрев продукта, является вращающий­ся поддон. Конструктивно он обычно состоит из микродвигателя со встроенным редуктором, стек­лянного или металлического поддона и муфты, снабженной роликами



Рисунок 7 – Микродвигатель и муфта, обеспечивающие вращение поддона

Вращаясь в неравномерно распределенном электрическом поле, каждая точка про­дукта (за исключением центра вращения) поочередно попадает в места с разной интенсивностью поля. В течение полного оборота поглощаемая мощность усредняется, что дает выравнивание тем­пературы.

Если продукт физически неоднороден или расположен несимметрично относительно центра вращения (обычно так и бывает), то при его вращении распределение полей различных видов колебаний будет заметно меняться. В этом случае сам продукт выступает в роли диссектора, причем более эффективного, чем металлический. Поэтому даже в центре вращения напряженность электрического поля будет постоянно изменяться, обеспечивая дополнительную равномерность нагрева.

Одна из наиболее важных и технически сложных деталей микроволновой печи - это дверца камеры. С одной стороны, она должна обеспечить быстрый доступ к камере и возможность визу­ального наблюдения за процессом приготовления пищи, а с другой — обеспечить надежную защи­ту от микроволнового излучения. Рассмотрим устройство типичной дверцы микроволновой печи (рис.8).

Основная ее деталь — это металлический каркас 1, имеющий специально рассчитанный про­филь. Для улучшения дизайна каркас помещен в декоративную пластиковую оболочку 2. С той же целью имеющиеся с внутренней стороны пазы прикрыты пластиковым вкладышем 3, окно 4.

Для фиксации дверцы в закрытом состоянии служат запоры 5 и пружина 6. При закрытии дверцы запоры нажимают кнопки блокировочных микропереключателей 7, разрешающих работу электрической схемы. При открытой или неплотно закрытой дверце, если кнопка хотя бы одного из микропереключателей оказывается не нажатой, электрическая цепь оказывается разомкнутой и микроволновая печь не включится. Рычаг 8 позволяет отжать запоры и открыть дверцу (механизм, соединяющий рычаг с кнопкой "ОТ­КРЫТЬ", на рисунке не показан).

Для обеспечения визуального наблюдения за процессом приготовления пищи в дверце мик­роволновой печи имеется окно 9, выполненное из тонкого, плотно перфорированного металличес­кого листа, который, как правило, приваривается к каркасу дверцы. Иногда окно изготавливают в едином технологическом цикле с каркасом, путем перфорации последнего в надлежащем месте. размеры отверстий в окне не превышают 3 мм, что практически полностью исключает проникнове­ние сквозь них микроволновой энергии.



Рисунок 8 – дверца микроволновой печи

Между корпусом и дверцей микроволновой печи почти всегда имеются щели. Очень сложно обеспечить плотный контакт этих деталей по всему периметру в течение всего срока эксплуатации. Если не принять соответствующих мер, микроволновое излучение будет проникать сквозь эти щели наружу, даже если их размер относительно невелик. Чтобы исключить такое развитие событий, в дверце имеется специальное устройство, именуемое СВЧ дросселем. Конструктивно он выпол­нен в виде паза, проходящего по всему периметру контакта дверцы с корпусом. На рис.9 пока­зано поперечное сечение дросселя. В разных микроволновых печах форма его профиля может несколько отличаться от приведенной на рисунке, но принцип действия всех дросселей одинаков.



Рисунок 9 – Принцип действия дроссельного уплотнения
  1   2   3

Похожие:

Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовой проект на тему: проектирование бытовых машин и приборов
Данный курсовой проект заключается в проектировании холодильника и рассмотрении электрического узла его. В данном проекте использовали...
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовой проект по дисциплине Проектирование швейных предприятий

Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовой проект «Одноэтажное каркасное здание» по дисциплине «Архитектура...
Разработать архитектурные чертежи одноэтажного здания в сборном железобетонном
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовая работа по дисциплине «Диагностика бмп»
Бмп заменяется моделью. В общем случае под диагностической моделью бмп понимают её формальное описание или графическое изображение,...
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовой проект на тему: «расчет параметров рабочего процесса и выбор...
...
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconТемы курсовых работ по дисциплине «Проектирование информационных...
Проектирование автоматизированного рабочего места руководителя (менеджера) подразделения организации в информационной сети
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовой проект по курсу “Микропроцессорные системы” на тему: «Проектирование...
Спроектировать Микропроцессорное устройство (мпу) управления бытовой хлебопечкой, используя элементную базу процессора Z80 фирмы...
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconПечи ротационные
Печи — оборудование, предназначенное для выпекания. Выбор печи главным образом зависит от вида выпекаемого изделия
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconПояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Гидравлика, пневматика и гидропневмопривод
Проектирование необходимо начинать с уяснения условий и режимов работы проектируемого гидропривода
Курсовой проект по дисциплине проектирование бмп на тему: Разработка конструкции микроволновой печи для улучшения приготовления продуктов iconКурсовой проект по мпс проектирование специализированных ЭВМ
Структурная схема умпс, краткое описание состава и назначения основных элементов системы 3
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
dopoln.ru
Главная страница