低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇降低變頻微波爐噪音的研究

陳喜 楊宇澄 張磊 李維雨 李法民 毛瓊

(合肥榮事達(dá)三洋電器股份有限公司 安徽合肥 230088)

1 引言

普通微波爐工作時(shí)，高壓變壓器產(chǎn)生漏磁引起周?chē)鷻C(jī)殼共振，會(huì)發(fā)出很大的“嗡嗡”噪音，變頻微波爐用高壓硅堆、IGBT和整流器等電子元件組成的變頻板，代替高壓變壓器來(lái)進(jìn)行電壓的穩(wěn)定輸出，理論上應(yīng)該能大大降低微波爐工作時(shí)產(chǎn)生的噪音。但以上電子元件均為發(fā)熱部件，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，發(fā)熱溫度若超過(guò)部件溫度限定值要求，容易損壞部件導(dǎo)致微波爐不能正常工作，因此需要用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。

目前，變頻微波爐由于沒(méi)有風(fēng)道系統(tǒng)或者風(fēng)道系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，造成了腔體內(nèi)形成渦流和回流，使熱風(fēng)大量聚集不能及時(shí)排到腔體外。為保證微波能正常工作，用高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇（轉(zhuǎn)速達(dá)到2700rpm）以提供更強(qiáng)勁的冷風(fēng)來(lái)冷卻發(fā)熱部件，結(jié)果導(dǎo)致高速運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)扇與微波爐整機(jī)形成共振，造成非常大的噪音。風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)是變頻微波爐產(chǎn)生噪音的主要原因。那么如何才能降低變頻微波爐的噪音呢？

針對(duì)上述問(wèn)題，本論文提出了可行的技術(shù)方案：在滿足充分冷卻發(fā)熱部件，確保微波爐可靠工作的前提下，采用低速運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)扇（轉(zhuǎn)速低于2000rpm以下），通過(guò)更改風(fēng)路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)降噪目的。按照GB 19606-2004《家用和類(lèi)似用途電器噪聲限值》的規(guī)定，微波爐的噪聲限值為68dB，目前行業(yè)內(nèi)變頻微波爐噪聲值大多為64dB左右。采用本文技術(shù)方案后，經(jīng)測(cè)試變頻微波爐噪聲值降至50dB以下，接近自然環(huán)境下噪音值。

2 改進(jìn)方案及測(cè)試

2.1 低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇降低變頻微波爐噪音的技術(shù)方案

首先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模擬仿真。根據(jù)微波爐腔體內(nèi)氣體流動(dòng)循環(huán)和發(fā)熱部件熱傳導(dǎo)、輻射的特點(diǎn)，對(duì)微波爐變頻板、磁控管等發(fā)熱元件的發(fā)熱及風(fēng)冷的過(guò)程進(jìn)行完整的模擬仿真，確定微波爐爐腔中氣體運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的渦流及回流的位置。

第二步對(duì)微波爐進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)安裝進(jìn)、出風(fēng)道結(jié)構(gòu)，進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道與微波爐發(fā)熱部件在結(jié)構(gòu)和形狀上進(jìn)行了匹配，能夠有效減少風(fēng)阻、避免渦流和回流現(xiàn)象產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)充分、高效的冷風(fēng)進(jìn)、熱風(fēng)出的風(fēng)路系統(tǒng)。風(fēng)扇吹過(guò)來(lái)的冷風(fēng)，經(jīng)過(guò)進(jìn)風(fēng)道后聚集，對(duì)發(fā)熱部件進(jìn)行集中有效地冷卻，冷卻后形成的熱空氣通過(guò)出風(fēng)道及時(shí)排出到腔體外，防止熱量聚集在發(fā)熱部件周?chē)?，影響冷卻效果。通過(guò)安裝進(jìn)、出風(fēng)道結(jié)構(gòu)，大大提高了冷卻效率，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，使用低轉(zhuǎn)速2000rpm的風(fēng)扇就完全可以滿足微波爐的冷卻散熱，保證微波爐正常工作，從而能夠大大降低微波爐噪音，實(shí)現(xiàn)超低音微波爐。微波爐設(shè)計(jì)安裝進(jìn)、出風(fēng)道結(jié)構(gòu)前后的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2。

第三步測(cè)量改進(jìn)前后的噪音和發(fā)熱部件的溫升，驗(yàn)證微波爐的噪音和發(fā)熱部件的溫升是否滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。分別按照GB 19606-2004、GB 4706.1-2005和GB 4706.21-2008的要求進(jìn)行改進(jìn)前后微波爐噪音和溫升的測(cè)試。

2.2 噪音試驗(yàn)

2.2.1 噪音試驗(yàn)方法[1]

按照GB 19606-2004噪音測(cè)試的要求：在額定電壓、額定頻率下，微波爐在額定工作狀態(tài)下放入1000ml負(fù)載水滿功率運(yùn)轉(zhuǎn)，工作一分鐘穩(wěn)定后測(cè)量其噪音。將微波爐放置在半消聲室中穩(wěn)固的水泥地面上，并在水泥地面上鋪上5mm厚的彈性墊層。將傳聲器分別置于圖3中的1、2、3、4、5測(cè)試點(diǎn)，用聲級(jí)計(jì)（A計(jì)權(quán)）測(cè)定噪音，讀取在噪音較大情況下指示的平均值，以五點(diǎn)噪音的算術(shù)平均值作為該機(jī)的平均聲壓級(jí)噪聲。

噪聲的聲功率級(jí)計(jì)算公式：

式中：LW——微波爐噪聲聲功率值，單位為分貝（dB）；

Lpm——五個(gè)測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)的對(duì)數(shù)平均值，單位為分貝（dB）；

Lpi——?dú)耙粋€(gè)測(cè)試點(diǎn)的聲壓級(jí)，單位為分貝（dB）；

S——測(cè)量表面的包絡(luò)面積，單位為平方米（m2）。

設(shè)l1、l2、l3分別為微波爐箱體的長(zhǎng)、寬、高，單位為米（m）。

S0為基準(zhǔn)面、取S0=1m2，各測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2.2 改進(jìn)前沒(méi)有添加進(jìn)、出風(fēng)道時(shí)噪音和溫升的測(cè)試結(jié)果

改進(jìn)前的變頻微波爐見(jiàn)圖1，該微波爐外形尺寸為：長(zhǎng)l1=0.470m，寬l2=0.398m，高

c=1.305，再由S=4(ab+bc+ac)計(jì)算出S=18.63，用聲級(jí)計(jì)（A計(jì)權(quán)）測(cè)定噪音結(jié)果見(jiàn)表2。測(cè)得噪音值為63.03 dB。

對(duì)該微波爐進(jìn)行溫升試驗(yàn)，驗(yàn)證主要元器件溫升情況。試驗(yàn)按照GB 4706.1-2005《家用和類(lèi)似用途電器的安全 第1部分：通用要求》和GB 4706.21-2008《家用和類(lèi)似用途電器的安全微波爐，包括組合型微波爐的特殊要求》溫升試驗(yàn)測(cè)試方法要求[2][3]，將微波爐放置在測(cè)試角，在一些發(fā)熱部件上布置熱電偶，環(huán)境溫度為（23±2）℃，將（1000±5）g室溫負(fù)載水加到圓柱形硼硅玻璃容器中，該玻璃容器最大壁厚3mm，外徑約為190mm，高約90mm。將裝有負(fù)載的玻璃容器放入微波爐中，關(guān)上爐門(mén)。以1.06倍與0.94倍額定電壓，取兩者中最不利的電壓通電運(yùn)行3個(gè)周期，每個(gè)周期加熱10min后停止工作1min，在停止工作期間打開(kāi)爐門(mén)，更換負(fù)載。試驗(yàn)過(guò)程中，各個(gè)元器件不得動(dòng)作，測(cè)試各發(fā)熱部件的最高溫度見(jiàn)表3。溫升測(cè)試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.3 改進(jìn)后，添加進(jìn)、出風(fēng)道后的噪音和溫升測(cè)量結(jié)果

同款變頻微波爐，改進(jìn)安裝進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2，使用2000rpm風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，按同樣條件進(jìn)行噪音測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果如表4。測(cè)得噪音值為49.63 dB。

對(duì)改進(jìn)后的該款微波爐按同樣條件進(jìn)行溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果見(jiàn)表5。溫升測(cè)試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.4 微波爐設(shè)計(jì)添加進(jìn)、出風(fēng)道前后試驗(yàn)結(jié)果比較分析

由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，添加了進(jìn)出風(fēng)道后，改用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇降低了微波爐的噪音，同時(shí)微波爐各發(fā)熱部件的溫升符合標(biāo)準(zhǔn)要求。噪音降低的具體原因分析如下：

對(duì)微波爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，微波爐工作時(shí)磁控管為最主要的發(fā)熱部件，其陽(yáng)極溫度一般都200～300℃。風(fēng)扇吹過(guò)來(lái)的冷風(fēng)，冷卻磁控管、變頻板后變成溫度很高的熱風(fēng)。由于沒(méi)有風(fēng)道結(jié)構(gòu)將熱風(fēng)排除到腔體外，熱交換的后熱風(fēng)一部分聚集在磁控管、變頻板周?chē)?，使得發(fā)熱部件周?chē)h(huán)境溫度很高，影響冷卻散熱的效果；另外一部分熱風(fēng)又回流到風(fēng)扇處，再次被扇葉吸入后，吹向發(fā)熱部件，導(dǎo)致風(fēng)扇再次吹過(guò)來(lái)的冷風(fēng)中夾雜著很多的熱風(fēng)，影響發(fā)熱部件的冷卻，造成冷卻效率不高。為了保證微波爐能夠可靠地工作，必需提供更多的冷風(fēng)來(lái)冷卻發(fā)熱部件，將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高到2700rpm以上，風(fēng)量增大，微波爐也可以正常運(yùn)行工作，但由于風(fēng)扇高轉(zhuǎn)速，帶來(lái)更強(qiáng)烈的震動(dòng)，產(chǎn)生非常大的噪音，達(dá)到63dB。安裝了進(jìn)、出風(fēng)道結(jié)構(gòu)后，風(fēng)道設(shè)計(jì)成喇叭狀，大口部位可吸收更多冷風(fēng)小口部位可以集中有效地將冷風(fēng)吹向發(fā)熱部件；同時(shí)根據(jù)扇葉旋轉(zhuǎn)時(shí)為圓形的特點(diǎn)，將進(jìn)風(fēng)道設(shè)計(jì)為圓弧狀，有利于將冷風(fēng)完全包裹住，集中導(dǎo)入吹向發(fā)熱部件，避免冷風(fēng)向周邊發(fā)散，造成浪費(fèi)，提高了冷風(fēng)利用率。根據(jù)熱風(fēng)流動(dòng)循環(huán)的特點(diǎn)，將出風(fēng)道設(shè)計(jì)為圓弧狀，有利于更好地吸入磁控管和變頻板經(jīng)過(guò)熱交換、熱傳導(dǎo)后變成的熱風(fēng)，同時(shí)也方便將熱風(fēng)通過(guò)出風(fēng)道排出到腔體外。以上進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道都將磁控管及變頻板緊密包裹住，其目的是為了更好地冷卻，以及防止熱風(fēng)擴(kuò)散到風(fēng)道系統(tǒng)外，引起回流影響發(fā)熱部件。安裝上述風(fēng)道系統(tǒng)，爐腔中形成了一個(gè)良好的風(fēng)路循環(huán)系統(tǒng)，大大地提高了冷卻效率。主要原因是安裝的進(jìn)風(fēng)道，而使用2000rpm的低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇就能滿足發(fā)熱部件冷卻目的，降低噪音的效果非常明顯，噪音只有49.6dB。大幅降低微波爐工作時(shí)產(chǎn)生的噪音，達(dá)到了低噪音的目的。成高壓驅(qū)動(dòng)磁控管工作，主要發(fā)熱元器件工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要高轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇提供大量冷風(fēng)強(qiáng)制冷卻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)扇會(huì)帶動(dòng)微波爐腔體震動(dòng)產(chǎn)生很大的噪音，試驗(yàn)表明風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)是產(chǎn)生噪音的主要原因。本文通過(guò)構(gòu)建風(fēng)路循環(huán)系統(tǒng)，在磁控管、變頻板等主要發(fā)熱部件周?chē)惭b進(jìn)風(fēng)道、出風(fēng)道結(jié)構(gòu)，保證冷風(fēng)進(jìn)、熱風(fēng)出，避免出現(xiàn)渦流、回流現(xiàn)象的產(chǎn)生，達(dá)到對(duì)發(fā)熱部件快速及時(shí)有效的冷卻效果后，把風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大幅降低，使用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇可以大幅有效地降低變頻微波爐工作時(shí)產(chǎn)生的噪音。

表1 各測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)

表2 改進(jìn)前整機(jī)噪音測(cè)試結(jié)果 單位：dB

表3 改進(jìn)前溫升試驗(yàn)時(shí)主要發(fā)熱部件的最高溫度

表4 改進(jìn)后整機(jī)噪音測(cè)試結(jié)果 單位：dB

表5 改進(jìn)后溫升試驗(yàn)時(shí)主要元器件的最高溫度

3 結(jié)論

變頻微波爐使用變頻板，把低電壓轉(zhuǎn)換變

[1]GB 19606-2004《家用和類(lèi)似用途電器噪聲限值》

[2]GB 4706.1-2005《家用和類(lèi)似用途電器的安全 第1部分：通用要求》

[3]GB 4706.21-2008《家用和類(lèi)似用途電器的安全 微波爐，包括組合型微波爐的特殊要求》