高能效微波炉优化设计分析.docx

    高能效微波炉优化设计分析    Summary：微波炉是用来通过微波加热食物的，属于现代炉灶的范畴随着广大市民生活质量的提高，对微波炉提出了更严格的要求为了更好地满足人们的使用要求，有必要在原有微波炉的基础上实现高能效优化设计，提高其绿色环保性能，降低能耗，设计出更具竞争力的厨具本文以微波炉加热根本特征为切入点，重点分析了高能效微波炉优化设计要点Keys：高能效；微波炉；优化设计前言：微波炉的具体结构包括电源、控制电路、磁控管和烹饪腔电源向磁控管提供高电压，磁控管被前者激励以产生连续的微波然后，它通过波导系统耦合到烹饪腔同时，搅拌器具有旋转性能，可以将微波向各个方向反射，使微波能量均匀分布，完成食物加热然而，上述过程中的能耗相对较大，应在此基础上进行高能效优化设计一、微波炉加热根本特征微波炉是通过微波进行加热，其有着较快的加热速度，这是因为其处于加热状态时无需热传递，而是可以做到内外共同加热，以此保障能量转换效率，加热时不涉及到明火与热源，所以安全可靠系数较高热量传输时，微波面对各个物质所呈现出的特征也有所差异其一，吸收性，微波炉主要面临的加热对象为食物，其内部含有较多水分，促使微波易被食物吸收，生热的根本原因是分子移动时所同步带来的振荡与摩擦。

其二，穿透性，微波炉中的微波能够对盛放在陶瓷、木质以及耐热塑料等材质容器的食物进行加热，由此表现出了优越的穿透性能，也正是因为这一特征而无法使用金属器皿进行微波炉加热其三，反射性，微波炉内部的金属炉腔可持续不间断地反射微波对食物重复加热[1]二、高能效微波炉优化设计要点（一）微波炉控制系统设计高能效微波炉优化设计要点首先集中在控制系统设计层面，开展此方面设计工作，应当着重围绕微控制器，科学利用编制软件系统，借助于数码管、液晶显示屏以及外围电路来分别开展温度检测、模拟火力输出以及科学选择档位等，进而实现对微波炉的智能化可编程控制微波炉控制系统的主要单元模块包括用户界面、档位选择、计时控制、温度测试、火力设定等，可通过键盘输入来控制相应功能，最后以LED显示屏来实时呈现系统的实际工作状态借助于显示技术、电子技术和微控制器应用技术，科学设计微波炉控制器电路，微波加热功能共有三个级别，分别负责烹饪、烘焙和解冻功能该系统的工作流程步骤设计应首先处于合理待机状态下，系统划检查显示电路，科学设置功能输出值和定时器初始值，然后在预定时间启动微波炉进入工作状态，最后由蜂鸣器提示加热和烹饪已结束当复位键按动后，则微波炉控制器的输出微波功率控制信号会呈现出0值，说明微波加热待机，对初值科学设定将系统启动，利用计时电路同步显示加热温度值，计时倒计时至0后，则微波加热器会被断开以及发出声音提示，之后再次恢复至待机状态。

对于微波炉控制系统优化设计，需充分明确系统工作原理、做好电路设计和软件设计，系统化与全面化比对每一单元模块的具体方案二）轴流风扇参数化设计轴流风扇是微波炉的重要单元模块，对于其能耗的优化设计，还需充分重视轴流风扇的参数化设计，实现对叶片周向、径向各个参数变化的有效把控，得到最为适宜的参数组合，进而提升轴流风扇设计质量，为实现高能耗微波炉优化设计予以有力支持依据微波炉的基础叶型中弧线对弦长、安装角和叶型弯角的各项参数值做出清晰界定，以此为依据分别再次构建二维与三维基础叶型，通过控制变化来完成叶片局部加弯操作之后进入到此设计单元的仿真计算模块，分别仿真构建物理模型和数学模型，前者关注风扇参数控制变化，后者是重视旋转过程中的复杂性流动，对仿真模型的可靠系数加以验证，其所反馈的误差值处于工程允许区间下，则说明其具有参考价值，模型可靠系数过关最后，基于仿真模型进行优化设计轴流风机的性能与弦长、弯曲角度和安装角度有着十分密切关系，要优化各方面的控制函数规律，将控制参数设定为设计变量，在合理范围内适当增加轴流风机叶顶和叶根弦长，有助于提高流量同时，叶片表面的流线是否均匀分布，压力梯度是否也会影响涡流，因此需要对参数进行优化，以提高出口流量，达到高能耗的目的。

三）功放模块散热优化设计传统的微波炉是借由磁控管微波来进行食物加热，此种方式局限性为不能做到调频调相，所以对于微波炉高能效优化设计还需考虑到功放模块散热层面，电源模块代替原本的高压变压器模块、射频芯片代替磁控管，促使微波炉体积和重量减小，具备调频调相功能，做好功放模块散热设计有利于保障微波炉处于稳定可靠的工作状态下，应当优先考虑采取扁平化设计手段功放芯片的优势在于有着较小体积以及很大的热流密度，以强制风冷的方式来完成散热，对比测试功放的温度场与仿真结果能够得到校准仿真模型参数，获取十分接近的仿真数据信息，之后以此进行扁平化模型构建、开展仿真测试，进而优化微波炉散热器，为功放模块安装在腔体当中予以便利四）新型微波炉优化仿真设计高能效微波炉优化设计应对微波炉能效测定标准做出清晰界定，以此为基本导向，开展优化仿真设计，借助于科学合理的能效值试验方法以及搭建可行的测试平台以此充分明确微波内部硼硅酸盐玻璃容器的初始温度对效率水平影响，温度对效率的影响，磁控管灯丝预热时间对能效水平作用，以及水的介电常数和介电温度对效率影响通过实验反馈，可以得出影响微波炉能效的主要因素是环境温度和磁控管预热时间，需控制环境温度处于20摄氏度左右最为适宜，效率计算利用微波炉的实际吸收能量和输入能量比值，以此规避系统误差和偶然误差。

由于微波炉有着较为复杂化结构，使得分析其电磁场分布状况较为困难，所以应借助于HFSS仿真软件来优化设计出微波炉模型，分别仿真各个能效影响因素，明确主次要因素，采取相应的细化调整手段[2]依据微波炉的加负载与能量吸收状况着重对腔体结构所产生的能效影响加以分析在仿真软件的支持下，分别仿真微波炉腔体、波导位置、负载水位置以及耦合窗大小位置，重点关注驻波比变化，进而作为优化设计依据高能效微波炉要具有高度清洁效率以及大容积，形状尺寸为圆柱，根据加载仿真反馈结果可得知，微波炉能效提高切实可行，最为理想的状态是不会损耗其他材料，控制中心频率为2.46赫兹，所吸收的能量高达99.55%，由于均匀化的场分布与高效率处于矛盾状态下，所以优化设计时要注重把控与兼顾双方内容结论：综上所述，微波炉作为一种常用的家用电器，为人们的日常生活予以了较大便利，为了确保其能效可在原有基础上进一步增强，需特别实施高能效微波炉优化设计，其设计要点围绕在控制系统设计、轴流风扇参数化设计、功放模块散热优化设计以及新型微波炉优化仿真设计层面，促使微波炉处于高能效以及加热均匀化状态下Reference：[1]高肖.双端口固态微波炉设计及多物理场仿真与实验[D].电子科技大学,2020.[2]吕绍勇.智能微波炉软件的设计与实现[D].电子科技大学,2020.  -全文完-。