低转速风扇降低变频微波炉噪音的研究

2015-07-09陈喜杨宇澄张磊李维雨李法民毛琼

家电科技 2015年1期

陈喜杨宇澄张磊李维雨李法民毛琼

(合肥荣事达三洋电器股份有限公司安徽合肥 230088)

1 引言

普通微波炉工作时，高压变压器产生漏磁引起周围机壳共振，会发出很大的“嗡嗡”噪音，变频微波炉用高压硅堆、IGBT和整流器等电子元件组成的变频板，代替高压变压器来进行电压的稳定输出，理论上应该能大大降低微波炉工作时产生的噪音。但以上电子元件均为发热部件，工作时会产生大量的热量，发热温度若超过部件温度限定值要求，容易损坏部件导致微波炉不能正常工作，因此需要用风扇进行强制冷却。

目前，变频微波炉由于没有风道系统或者风道系统设计不合理，造成了腔体内形成涡流和回流，使热风大量聚集不能及时排到腔体外。为保证微波能正常工作，用高转速风扇（转速达到2700rpm）以提供更强劲的冷风来冷却发热部件，结果导致高速运转的风扇与微波炉整机形成共振，造成非常大的噪音。风扇高速运转是变频微波炉产生噪音的主要原因。那么如何才能降低变频微波炉的噪音呢？

针对上述问题，本论文提出了可行的技术方案：在满足充分冷却发热部件，确保微波炉可靠工作的前提下，采用低速运转的风扇（转速低于2000rpm以下），通过更改风路系统的结构，实现降噪目的。按照GB 19606-2004《家用和类似用途电器噪声限值》的规定，微波炉的噪声限值为68dB，目前行业内变频微波炉噪声值大多为64dB左右。采用本文技术方案后，经测试变频微波炉噪声值降至50dB以下，接近自然环境下噪音值。

2 改进方案及测试

2.1 低转速风扇降低变频微波炉噪音的技术方案

首先对产品进行模拟仿真。根据微波炉腔体内气体流动循环和发热部件热传导、辐射的特点，对微波炉变频板、磁控管等发热元件的发热及风冷的过程进行完整的模拟仿真，确定微波炉炉腔中气体运动出现的涡流及回流的位置。

第二步对微波炉进行改进设计，设计安装进、出风道结构，进风道、出风道与微波炉发热部件在结构和形状上进行了匹配，能够有效减少风阻、避免涡流和回流现象产生，实现充分、高效的冷风进、热风出的风路系统。风扇吹过来的冷风，经过进风道后聚集，对发热部件进行集中有效地冷却，冷却后形成的热空气通过出风道及时排出到腔体外，防止热量聚集在发热部件周围，影响冷却效果。通过安装进、出风道结构，大大提高了冷却效率，经过验证，使用低转速2000rpm的风扇就完全可以满足微波炉的冷却散热，保证微波炉正常工作，从而能够大大降低微波炉噪音，实现超低音微波炉。微波炉设计安装进、出风道结构前后的结构见图1和图2。

第三步测量改进前后的噪音和发热部件的温升，验证微波炉的噪音和发热部件的温升是否满足相应标准的要求。分别按照GB 19606-2004、GB 4706.1-2005和GB 4706.21-2008的要求进行改进前后微波炉噪音和温升的测试。

2.2 噪音试验

2.2.1 噪音试验方法[1]

按照GB 19606-2004噪音测试的要求：在额定电压、额定频率下，微波炉在额定工作状态下放入1000ml负载水满功率运转，工作一分钟稳定后测量其噪音。将微波炉放置在半消声室中稳固的水泥地面上，并在水泥地面上铺上5mm厚的弹性垫层。将传声器分别置于图3中的1、2、3、4、5测试点，用声级计（A计权）测定噪音，读取在噪音较大情况下指示的平均值，以五点噪音的算术平均值作为该机的平均声压级噪声。

噪声的声功率级计算公式：

式中：LW——微波炉噪声声功率值，单位为分贝（dB）；

Lpm——五个测试点声压级的对数平均值，单位为分贝（dB）；

Lpi——毎一个测试点的声压级，单位为分贝（dB）；

S——测量表面的包络面积，单位为平方米（m2）。

设l1、l2、l3分别为微波炉箱体的长、宽、高，单位为米（m）。

S0为基准面、取S0=1m2，各测试点的坐标见表1。

2.2.2 改进前没有添加进、出风道时噪音和温升的测试结果

改进前的变频微波炉见图1，该微波炉外形尺寸为：长l1=0.470m，宽l2=0.398m，高

c=1.305，再由S=4(ab+bc+ac)计算出S=18.63，用声级计（A计权）测定噪音结果见表2。测得噪音值为63.03 dB。

对该微波炉进行温升试验，验证主要元器件温升情况。试验按照GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》和GB 4706.21-2008《家用和类似用途电器的安全微波炉，包括组合型微波炉的特殊要求》温升试验测试方法要求[2][3]，将微波炉放置在测试角，在一些发热部件上布置热电偶，环境温度为（23±2）℃，将（1000±5）g室温负载水加到圆柱形硼硅玻璃容器中，该玻璃容器最大壁厚3mm，外径约为190mm，高约90mm。将装有负载的玻璃容器放入微波炉中，关上炉门。以1.06倍与0.94倍额定电压，取两者中最不利的电压通电运行3个周期，每个周期加热10min后停止工作1min，在停止工作期间打开炉门，更换负载。试验过程中，各个元器件不得动作，测试各发热部件的最高温度见表3。温升测试结果符合标准要求。

2.2.3 改进后，添加进、出风道后的噪音和温升测量结果

同款变频微波炉，改进安装进风道、出风道结构，见图2，使用2000rpm风扇进行冷却，按同样条件进行噪音测试，测试的结果如表4。测得噪音值为49.63 dB。

对改进后的该款微波炉按同样条件进行温升试验，试验测试的结果见表5。温升测试结果符合标准要求。

2.2.4 微波炉设计添加进、出风道前后试验结果比较分析

由上述试验数据可知，添加了进出风道后，改用低转速的风扇降低了微波炉的噪音，同时微波炉各发热部件的温升符合标准要求。噪音降低的具体原因分析如下：

对微波炉的结构进行分析，微波炉工作时磁控管为最主要的发热部件，其阳极温度一般都200～300℃。风扇吹过来的冷风，冷却磁控管、变频板后变成温度很高的热风。由于没有风道结构将热风排除到腔体外，热交换的后热风一部分聚集在磁控管、变频板周围，使得发热部件周围环境温度很高，影响冷却散热的效果；另外一部分热风又回流到风扇处，再次被扇叶吸入后，吹向发热部件，导致风扇再次吹过来的冷风中夹杂着很多的热风，影响发热部件的冷却，造成冷却效率不高。为了保证微波炉能够可靠地工作，必需提供更多的冷风来冷却发热部件，将风扇转速提高到2700rpm以上，风量增大，微波炉也可以正常运行工作，但由于风扇高转速，带来更强烈的震动，产生非常大的噪音，达到63dB。安装了进、出风道结构后，风道设计成喇叭状，大口部位可吸收更多冷风小口部位可以集中有效地将冷风吹向发热部件；同时根据扇叶旋转时为圆形的特点，将进风道设计为圆弧状，有利于将冷风完全包裹住，集中导入吹向发热部件，避免冷风向周边发散，造成浪费，提高了冷风利用率。根据热风流动循环的特点，将出风道设计为圆弧状，有利于更好地吸入磁控管和变频板经过热交换、热传导后变成的热风，同时也方便将热风通过出风道排出到腔体外。以上进风道、出风道都将磁控管及变频板紧密包裹住，其目的是为了更好地冷却，以及防止热风扩散到风道系统外，引起回流影响发热部件。安装上述风道系统，炉腔中形成了一个良好的风路循环系统，大大地提高了冷却效率。主要原因是安装的进风道，而使用2000rpm的低转速风扇就能满足发热部件冷却目的，降低噪音的效果非常明显，噪音只有49.6dB。大幅降低微波炉工作时产生的噪音，达到了低噪音的目的。成高压驱动磁控管工作，主要发热元器件工作时会产生大量的热量，需要高转速的风扇提供大量冷风强制冷却，高速运转的风扇会带动微波炉腔体震动产生很大的噪音，试验表明风扇高速运转是产生噪音的主要原因。本文通过构建风路循环系统，在磁控管、变频板等主要发热部件周围安装进风道、出风道结构，保证冷风进、热风出，避免出现涡流、回流现象的产生，达到对发热部件快速及时有效的冷却效果后，把风扇转速大幅降低，使用低转速的风扇可以大幅有效地降低变频微波炉工作时产生的噪音。