磁控管预热时间对微波炉能效影响的研究

2013-01-26康新蕾

家电科技 2013年2期

康新蕾

（电子科技大学物理电子学院四川成都 610054）

1 引言

随着世界节能意识，环保意识，资源意识的增强，我国对家电行业出台了一系列的规范性文件。为促进微波炉行业的进一步发展，我国积极采用国际标准方针和等同IEC标准原则，制定了GB 24849-2010——《家用和类似用途微波炉能效限定值及能效等级》。此标准由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会联合发布并于2010年12月1日实施。

微波炉能效等级分为1、2、3、4、5级[1]，其中1级产品最为节能，效率值需达到62%以上，2级为60%，相邻能效等级相差2%。能效标识制度是政府推行的强制性节能措施，引导社会向“节能低碳，绿色发展”的方向发展。

微波炉能效等级的测试技术是根据GB[2]附录A进行测试的，研读过程中，发现了一些值得商榷的问题——磁控管预热时间、温度等对微波炉能效等级评定的影响。本文主要针对磁控管灯丝预热时间对效率的影响进行讨论。

2 微波炉磁控管工作原理

磁控管由阴极（灯丝）、阳极、耦合环、环形磁钢以及能量输出机构（天线）等组成。阴极和阳极组成同轴圆柱结构形式，阴极处在中心，它发射电子流，阳极则环绕阴极，阳极是由许多小谐振腔构成的谐振系统[3]。微波炉磁控管灯丝一般工作电压为交流3.3V，电流10A左右，阳极对阴极电压为直流4000V左右，磁控管通电时，灯丝被加热，同时在灯丝与阳极间形成高压电场，在电场作用下，灯丝向阳极发射电子，阳极接收到电子而产生阳极电流。电子在到达每个阳极谐振腔时按照其谐振频率振荡，同时，因为环形磁钢产生的恒定磁场垂直于高压电场方向，在该磁场的作用下，电子沿灯丝与阳极间的圆周空间作摆轮曲线运动形成一个积聚能量的旋转电子云，向阳极不断输送能量，在阳极上就可以获得稳定的2.45GHz的微波振荡能量。

2.1 GB中测试技术计算公式

微波炉输出功率测量和微波炉效率是根据GB附录A给出的公式：

进行计算，并且（1）式中要除去磁控管灯丝预加热时间。

但标准中没有提及磁控管灯丝预热时间为多少及如何去测定[4]，而通常认为预热时间是3s，但是在实际测量中发现并非如此。（图1a为实验系统框图，图1b为实物图。）

2.2 系统简介

经由精密净化交流稳压电源稳压，调压变压器调压，使微波炉工作电压在220V(1±1%) 范围内，在实验过程中，微波炉输入电压、电流、功率、能量可在电参数测量仪读取，并由LabView程序对加热时间和实时功率进行读取并保存数据。本文之所以用电参数测量仪采集数据，是为了与厂家给出的额定输入功率与实际输入功率做比较。表1是试验用的几款微波炉，额定电压、频率均为220V~50Hz。

表2

2.3 采取数据

本文以开启微波炉到达到稳定工作输入功率时的时间为△t，单位s，实验数据见表2。

可见，只除去磁控管预热时间（通常认为3s）对微波炉能效等级评定会产生很大的误差，图2a是三款微波炉加热60s，时间和输入功率的关系图，图2b是微波炉A加热时间与功率曲线。

由图可以看出，微波炉从开启至达到稳定功率这段时间要大于3s，而且功率也并非是突然间增大到稳定功率，这是由于灯丝加热不足，引起电子发射不足造成的。在前(2-3)s，输入功率基本不变，接近零，是控制电路板与磁控管灯丝预热共同作用下导致的，在能效测试中这两个时间又是无法区分开来的。功率开始上升到达到稳定功率这段时间也需要3s左右的时间，可见只去掉通常认为的3s是不正确的。

国标中未给出磁控管预热时间的明确定义，这就使得我们在微波炉能效测试技术中没有一个准确的衡量标准。在这种情况下，除去3s和除去达到稳定功率时的时间△t，显然效率是不同的。由于输入能量也未给出确切的定义，在能效测试中，是以厂家给出的额定功率为准，还是以实际测试中的功率为准计算，结果可以跨越能效等级，带来误差。本文建议利用实际输入功率进行计算，如图2b阴影部分所示，即求功率对时间的积分，得到输入能量Win。此次实验中，以实际输入能量为准计算，加热时间减去3s所得效率为66%，减去5.48s所得效率为69%，其能效值相差3%，而实际吸收的能量比实际输入能量所得效率为63%。