高端微波炉配备逆变器是为了营销，而非性能 测试表明，与传统电源控制相比，它并无实际优势

如果您正在选购新的微波炉，您可能已经看到过许多高端微波炉的前面板上印有“逆变器”字样。制造商声称，逆变器微波炉加热更均匀、效率更高，并且对易碎食物的加热也更温和。作为我们最近推出的微波炉 v1.0 测试台的一部分，我们着手探究逆变器技术究竟是什么，以及您是否应该为此支付额外费用。简而言之，我们广泛的测试表明，尽管逆变器电路确实是一个独特的特性，但它在这种情况下的实用性纯粹是作为一种营销手段，用于一个原本缺乏显著差异化的产品类别。

我们的测试台从一开始就旨在突出我们购买的7款带逆变器的微波炉和19款不带逆变器的微波炉之间的性能差异。为此，我们特意加入了“深盘加热均匀性”测试。然而，正如我们在配套文章中所讨论的，我们测试的所有微波炉的加热性能都相当；加热的均匀性是由食物和物理特性决定的，而不是由微波炉本身决定的。

我们确实测量过，变频微波炉在电路层面的效率略高，但只有电气工程师才能体会到这一点！变频微波炉在将从插座吸收的总功率（视在功率）转换为有用功（有功功率）方面略胜一筹。然而，您的住宅电费是根据有功功率计算的，因此变频微波炉并不会为您省钱。

我们投入了大量精力来验证逆变器对于有效微波加热“易碎”食物的必要性。我们尝试了所有制造商和用户声称容易因微波过热而导致过热的典型操作：煮鸡蛋、融化巧克力、软化黄油以及解冻肉类。归根结底，所有微波炉都能完成这些操作，是因为微波加热的物理原理。无论是否包含逆变器电路，微波炉都只能加热食物最外层几厘米，而且由于食物相对于驻波旋转，每个区域都会被短暂加热。

我们费尽心思才找到一个例外，那就是带逆变器的微波炉竟然能完成非逆变器微波炉无法完成的任务！事实证明，逆变器微波炉更擅长处理那些需要极短时间、非逆变器微波炉无法有效调节功率的任务。我们发现的一个极端例子是软化2茶匙冷黄油；将逆变器微波炉设置为30%功率，效果非常好，而非逆变器微波炉只能融化黄油。

我们邀请您继续阅读以了解有关微波炉的更多信息，并且我们所做的测试得出结论：逆变器不需要成为您的下一个微波炉的功能！

微波炉是如何工作的？什么是变频微波炉？

微波炉如今已在世界各地的厨房中随处可见。自 20 世纪 60 年代首次面世以来，其基本设计几乎没有发生过太大变化。如下图左侧的示意图所示，传统微波炉最基本的组成部分包括：

• 电源：TRIAC（开关）、变压器和整流器，提供高压直流电源
• 磁控管：产生微波的真空管
• 烹饪室：反射并容纳微波的金属盒，导致形成静止的“驻波”
• 转盘：使食物相对于驻波移动，从而实现更均匀的加热

当食物暴露在烹饪室内的微波中时，极性分子（水、脂肪、糖）会与电磁场对齐，这种运动的摩擦会产生热量。能量（以及因此加热食物的能力）在烹饪室的三维空间内分布并不均匀。这是因为波在波节处没有能量，而在波腹处能量最大。

传统微波炉产生的驻波实际上只有两种状态：完全开启或完全关闭。用于加热食物的功率（即能量随时间的变化）通过“脉冲宽度调制”（PWM）进行衰减。这种控制方案是所有非变频微波炉（以下简称“PWM微波炉”）的工作原理，电路以相当长的周期进行脉冲开启和关闭。值得注意的是，我们所有PWM微波炉的周期测量结果均为约30秒且恒定（即，它不会随着输入的烹饪时间而变化）。磁控管通电并产生微波的每个周期的百分比称为占空比。

如上图所示，逆变微波炉与传统的PWM微波炉类似，只是电源有所升级。在高频开关电路中增加MOSFET晶体管，可以产生可变的高频交流电。该交流电经过高频变压器和整流器，产生可快速开启和关闭的高压直流电。逆变微波炉的电源和磁控管的开启和关闭过程与脉宽调制类似，但开启和关闭周期非常短，因此产生的驻波微波实际上处于持续开启状态。因此，驻波的功率由高频逆变电路的占空比控制。

自从松下获得了微波炉变频电路的专利以来，他们及其被授权者一直在推销这些电器，称其能够：

• 更均匀地加热食物：始终使用规定功率的微波炉
• 加热“精致”食物：食物不必像在 PWM 微波炉中那样暴露在 100% 的功率下。
  • 融化的巧克力
  • 煮鸡蛋
  • 软化黄油
  • 解冻肉类
• 更低功耗：更小、更高效的变压器

事实上，消费者在互联网论坛上经常重复这些说法。然而，我们发现一个有趣的现象：变频微波炉在某些情况下也会使用功率脉冲。如下图所示，我们观察到变频微波炉在功率低于30%时会循环开关。我们怀疑这是因为磁控管无法在如此低的功率输入下工作。我们还注意到，功率脉冲在变频微波炉的自动解冻程序中起着重要作用；显然，低的稳定功率不足以有效解冻。

变频微波炉无法使食物加热更均匀

从我们对微波炉工作原理的描述中，应该可以清楚地看出，当功率设置为 100% 时，PWM 和变频微波炉的性能完全相同。因此，我们在测试台中加入了较低功率的食物加热实验（50% 功率下加热冷藏土豆泥），以阐明两种微波炉之间的性能差异。在微波炉中加入变频电路的理论/市场营销策略是，恒定且可调的微波功率输出比 PWM 功率控制模式能够更均匀地加热食物。

“深盘”加热均匀性测试包括加热在1升玻璃食品储存容器中冷藏过夜的土豆泥。将盛有土豆泥的容器放置在微波炉转盘中心和边缘之间的中间位置。我们将加热土豆泥的微波总能量设置为350千瓦（因此，功率较低的微波炉的烹饪时间相应更长，在同一台微波炉中，50%功率的测试时间是100%功率的测试时间的两倍）。然后，我们使用探针阵列测量了重新加热的土豆泥内部26个点的空间温度分布。

如下图所示，当我们控制微波总能量时，我们的测试结果非常相似。也就是说，逆变器电路无法使微波炉制作出加热效率更高（即平均温度更高）或加热更均匀（即温度标准差更小）的土豆泥。

加热精致食物不需要变频微波炉

在观察到变频微波炉在均匀加热食物方面并不比传统PWM微波炉更好之后，我们转而认为它们更擅长加热“精致”食物。理论/营销策略是，传统PWM微波炉在工作周期内会让食物承受100%的功率，而这种100%的功率会导致食物在某些区域过热，而变频微波炉则不会出现这种情况。通常被称为“精致”的任务包括：

• 解冻肉类
• 软化黄油
• 融化的巧克力
• 煮鸡蛋

我们测试了所有这些情况，以查看是否确实需要变频微波炉才能获得良好的效果。

拥有逆变器并不能保证微波炉能够很好地解冻肉类

我们首先测试了两款微波炉的解冻性能：东芝 EM131A5C-BS（PWM，1.2 立方英尺，1100 瓦）和松下 NN-SC67NS（变频，1.3 立方英尺，1200 瓦）。我们冷冻了 1 磅（约 4.7 公斤）的中等大小的碎牛肉，并使用微波炉基于重量的预编程自动解冻程序来解冻。将冷冻肉放置在微波炉转盘中心和边缘之间的大约中间位置。我们还按照两款微波炉的用户指南中的说明，在解冻过程中将肉翻面一次。

如下图所示，在自动解冻程序中输入1磅的重量，两款微波炉都没有达到理想的效果。东芝微波炉没有完全解冻肉类（即使按照用户指南中的说明，将肉类静置10分钟后仍然没有解冻）。而松下微波炉则将肉类的边缘完全烤熟了。

我们测量了这两款电器的功耗，以推断出为什么这两款型号的解冻效果如此不同。值得注意的是，配备逆变器的松下微波炉在解冻程序中使用了微波脉冲；显然，制造商发现仅通过逆变器电路衰减驻波功率不足以有效解冻而不煮熟。此外，东芝微波炉使用100%功率的极窄脉冲，似乎更有效地避免了牛肉在解冻过程中被煮熟。计算两款电器各自程序的总功耗（即功率-时间曲线下的面积），结果显示松下微波炉程序的总输出能量比东芝微波炉高出50%。

我们最终尝试通过调整东芝 EM131A5C-BS和松下 NN-SC67NS 预编程程序中的重量输入，来获得更好的解冻效果。如下图所示，将东芝的重量输入增加到 1.1 磅（约 5.7 公斤），肉块完全解冻，但其中一个角落才刚刚开始烹饪。另一方面，将松下的重量输入一直减少到 0.7 磅（约 0.3 公斤），肉块的边缘仍然开始烹饪，而中心仍然保持冷冻状态（即使放置 10 分钟后也是如此）。

总而言之，这些观察结果表明，有效的免煮解冻更多地在于程序设计，而不是设备中是否包含逆变电路。原因是，在微波炉中加热冷冻食品时，会涉及到正反馈回路。冷冻状态下，水分子无法在微波炉的电磁场下振动，因此不会产生任何摩擦热量。您可以在家中尝试用微波炉加热冰块：它不会融化！由此推论，只有已经解冻的食物区域才会被加热，而加热冷冻区域的唯一方法是通过传导。总之，在微波炉中解冻的食物很容易过热/煮熟，而使用非常短的能量脉冲是避免这种情况的有效方法。

即使是最便宜的微波炉也能加热“精致”食物

我们从我们的测试产品中选择了两款性能最强的微波炉，以测试其他一些常被称作“精致”食物（因此需要变频微波炉）的微波炉烹饪体验。其中一款是Insignia NS-MW09SS8，这是一款传统的 PWM 微波炉，也是我们测试过的最便宜的型号，售价 90 美元。另一款是Breville the Smooth Wave，这是一款变频微波炉，售价 400 美元。

我们进行的第一个测试是软化一根冷藏的黄油。加热过度会导致黄油融化（而且，在需要软化黄油的食谱中，不能使用融化的黄油）。我们首先测试了一种方法：将一根黄油放入微波炉，以30%的功率加热，每5秒加热一次，加热完成后将黄油旋转90度（用不同的面接触盘子）。盘子放置在转盘中心和边缘之间的大约中间位置。您可以在以下视频中看到微波加热的效果。结果显示，两种微波炉都能将黄油软化。

有趣的是，每个加热段的5秒烹饪时间比Insignia在30%功率下的占空比还要短。黄油棒承受的平均微波功率是100%，而不是30%！这就是为什么Insignia只需要四个5秒加热段，而Breville却需要八个的原因。这也清楚地表明，这项任务不需要逆变器。

尽管如此，我们还是想知道使用变频微波炉是否会让软化黄油的整个过程“更轻松”。因此，我们再次进行了测试，但这次我们只用一个微波炉加热黄油棒。之后的视频展示了加热后的黄油棒。同样，两种微波炉的结果非常相似。不过，需要注意的是，用一个微波炉加热的黄油软化程度要差得多。每5秒旋转一次黄油，可以让其表面的所有区域都暴露在微波炉的不同加热区域。或许更重要的是，打开微波炉门、旋转黄油、关上微波炉门，然后重新启动微波炉，可以让热量有时间从黄油表面传导到内部。总而言之，变频微波炉并不能让软化黄油的任务变得更容易、更省心或更万无一失。

接下来，我们测试了这些微波炉融化8盎司半甜巧克力的能力。我们采用了《南方生活》杂志的技巧，将一碗切碎的巧克力以30%的功率分30秒加热，并在加热期间搅拌。玻璃碗放置在微波炉转盘中心和边缘的中间位置。从下图可以看出，Insignia和松下微波炉在这项任务中的表现同样出色。巧克力融化后口感顺滑，没有出现“卡住”（过热导致颗粒状和结块）的情况。我们再次观察到，使用传统PWM微波炉在低功率设置下加热所需的短时间，不会对加热的食物造成任何实际问题。此外，根据我们在肉类解冻和黄油软化方面的工作经验，我们并不认为变频微波炉可以通过提供无需手动操作的体验来让这项任务变得“更容易”。

最后，我们测试了 Insignia 和 Panasonic 微波炉的煎蛋能力。我们的第一个任务是按照加拿大蛋农协会 (The Egg Farmers of Canada)的食谱，煎一个“半熟”鸡蛋。将鸡蛋放在抹油的烤盘里——大约放在转盘中心和边缘的中间位置——以 50% 的功率加热 50 秒，静置 30 秒，再加热 15 秒，最后静置 30 秒。以下照片展示了我们用这两款微波炉煎出的美味效果，蛋白完全煮熟，蛋黄溏心。对鸡蛋的口味测试证实，PWM 和逆变器功率控制方法均不会导致鸡蛋煎过头或口感粗糙。

我们进行的第二项烹饪任务是制作“炒鸡蛋”，同样使用了加拿大蛋农协会的食谱。在这个方法中，将两个鸡蛋、牛奶、盐和胡椒粉放入抹油的碗中搅拌均匀。将玻璃碗放在微波炉转盘边缘和中心之间的中间位置，以70%的功率加热，每20秒加热一次，并在加热和搅拌之间进行搅拌。如下图所示，经过三轮加热和搅拌后，鸡蛋开始凝固。五轮加热后，鸡蛋差不多煮熟了，达到了我们想要的口感。再加热15秒，静置1分钟，鸡蛋就煮熟了，符合我们的口味。照片和味道测试显示，Insignia和Breville微波炉做出的炒鸡蛋味道相同，而且没有过度烹饪。虽然它们可能不如你在法国餐厅吃到的那么美味，但我们还是推荐你用这种方法来做炒鸡蛋！

我们尝试的最后一个鸡蛋任务是烹饪打发的蛋清。在这里，我们尝试了一个极端的例子——一种“精致”的食物，表面积大，突起多，体积小，需要一次性烹饪。我们还换了另外两款性能相当的微波炉：LG LMC0975ST（0.9立方英尺，1000瓦变频微波炉）和夏普 SMC1162HS（1.1立方英尺，1000瓦传统PWM微波炉）。将打发的蛋清盘放置在微波炉转盘中心和边缘之间的大约中间位置。下图展示了以30%功率加热打发的蛋清1、2和3分钟的结果。令人惊讶的是，LG 变频微波炉加热 2 分钟后就开始把蛋清煮过头（质地奇怪且瘪了），而夏普传统 PWM 微波炉直到加热 3 分钟才把蛋清煮过头。总而言之，变频微波炉并没有让微波加热鸡蛋变得更容易，也没有带来更好的效果。

变频微波炉有哪些优点？

最终，我们的测试表明，两种微波功率控制方式对食物的加热效果非常相似。其原因在于微波炉加热食物的物理原理：

• 能量分布不均匀：烹饪室中产生的立式微波具有高能量区域和低能量/无能量区域。
• 食物相对于驻波移动：使用转盘将食物移入和移出高能量区域。食物的每个区域都会经历局部加热和静置的循环。逆变器和PWM功率控制均是如此，如下图所示。
• 微波只能穿透食物的 1 – 3 厘米：根据食物的成分，只有最外层几厘米的极性分子会振动并加热。
• 热量传导至食物内部的速度较慢：虽然食物某些区域未暴露于驻波的高能量，但食物表面的局部热量会通过传导传递到内部。这个过程比微波介电加热慢得多。

最终，两种不同的时间尺度决定了所有微波炉的加热性能都相似，无论功率控制方案如何。一方面，食物的每个区域在很短的时间内都处于微波炉的高能量部分，并且在每个周期中（在食物表面）被加热。我们测量了微波炉的转盘转速，结果显示略低于 2 RPM。因此，暴露时间大约为几秒钟（每个周期）。另一方面，热量从表面的高温区域传导到内部的低温区域需要相对较长的时间。这种热传递的速度取决于食物本身的特性（例如厚度、粘度、热导率），但大约为几分钟。请注意，用户手册中建议的肉类解冻静置时间为 10 分钟，而食谱中建议的煮鸡蛋静置时间为 1 分钟，这自然符合食物热传导的时间尺度。

由于时间尺度差异巨大，用微波不连续地加热食物表面，然后将热量传导到食物内部的循环显然无论驻波是连续激励（如逆变器）还是脉冲激励（PWM），都能同样有效。总而言之，传导是这里的控制现象。

然而，如果微波介质加热表面和传导至内部的时间尺度相等，变频微波炉和传统PWM微波炉的相同加热性能就会失效。如果食物相对于驻波没有移动（例如，食物被放置在转盘的中心），并且体积非常小（例如，热量传导至内部所需的时间非常短），就会发生这种情况。如果两种微波炉对食物的平均能量不同，则相同的性能会进一步失效。

下图比较了传统的 PWM 微波炉KitchenAid KMHS120ESS和变频微波炉LG LMC0975ST。在足够长的烹饪时间下，两款微波炉的时间平均功率消耗基本相同。然而，当烹饪时间小于 PWM 的恒定周期时，烹饪时间内的平均功率会显著高于预期。极端情况是烹饪时间等于或小于设定功率的占空比（30% 功率约 10 秒）。对于如此短的烹饪时间，变频微波炉确实可以提供更精确的烹饪功率（即平均功率更接近设定功率）。

我们将所有这些概念结合起来，提出了一个极端的例子，其中变频微波炉的性能优于传统的PWM微波炉。这个极端情况是软化（不融化）2茶匙的冷冻黄油。由于黄油量非常少，软化所需的烹饪时间接近PWM微波炉30%的占空比（即变频微波炉能够稳定运行的最低功率设置）。如上图所示，将一团冷冻黄油放在PWM微波炉转盘的中央，烹饪后10秒内就会融化。由于使用的平均微波功率高于预期，黄油相对于驻波处于静止状态，因此热量快速传导到少量黄油的大部分。相反，由于使用的平均微波功率要低得多，因此相同量的冷冻黄油在变频微波炉中可以有效软化。

像软化几茶匙黄油这样的特殊任务，对少数用户来说可能很重要。对于这些特定用户，我们建议购买变频微波炉。对于其他所有用户，我们认为更高的购买价格是不合理的。

公平地说，逆变器模型的电气效率略高

虽然我们的测试表明，变频微波炉在实际性能上并不比传统的PWM微波炉有优势，但我们应该承认，变频微波炉效率更高的说法是正确的。变频电路采用高效的MOSFET半导体进行开关。而且由于变频电路使用更小的高频变压器，因此热量损失以及电场和磁场的形成更少。

电器的电效率可以用“功率因数”来描述，该值可使用合适的功率计测量。功率因数是“有功”（或“实际”）功率与“视在”功率之比。有功功率是电器做有用功所消耗的功率，以瓦特为单位；视在功率是从电源（即电源插座）消耗的总功率，以伏安为单位。

确实，如下图所示，我们测量了带有逆变电路的微波炉，发现其功率因数比传统的PWM微波炉更高。

然而，这种电能效率的提升或许并非毫无意义。住宅用电用户通常根据其消耗的有功功率（即千瓦时）付费。如下图所示，当我们在深盘加热均匀性测试中测量所有微波炉加热土豆泥时，发现配备逆变器的型号的有功功耗并没有明显降低。

不要购买变频微波炉并期望它能为您节省电费！

结论

我们广泛的测试和分析表明，变频微波炉在特定情况下具有一些优势，但对于大多数日常烹饪任务而言并非必不可少。我们的结果表明，变频微波炉加热食物的均匀性并不比传统的PWM微波炉高。两种微波炉在诸如融化巧克力、煮鸡蛋和解冻肉类等精细加热任务中也表现同样出色，前提是它们拥有精心设计的程序。我们也没有测量配备变频装置的微波炉与未配备变频装置的微波炉相比功耗的降低情况。

消费者不应该觉得有义务为变频微波炉额外付费，因为传统型号已经能够高效地处理所有常见的微波炉功能。实际上，变频微波炉的最佳用途似乎是作为一种营销工具，让制造商能够在原本缺乏显著差异化的产品类别中脱颖而出。