Как устроен магнетрон микроволновки: Как устроен магнетрон микроволновки

Магнетрон: устройство и принцип действия

Миллионы людей во всем мире ежедневно разогревают пищу в микроволновых печах, но при этом не задумываясь о том, как работает СВЧ-печь, а ведь это на самом деле интересно.
Кстати, первые микроволновые печи, вопреки расхожему мнению появились не в Германии, а в Америке. В Советском союзе они также выпускались с середины 80-х годов.

Как видно на рисунке, микроволновка устроено достаточно просто — в каждой модели есть дверца с защелками, лампа освещения камеры, поддон и тренога на которой вращается тарелка, панель управления и вентиляционные отверстия. А внутри агрегата скрывается конденсатор, трансформатор, волновод и самый главный элемент микроволновой печи — магнетрон. Вот об этом загадочном устройстве в этой статье мы поговорим подробнее.

Магнетрон — «сердце» микроволновой печи

Магнетрон переводится с греческого «магнит» и «электрон». Говоря простым языком, магнетрон — это мощная лампа, которая генерирует микроволны. Со школьного курса физики мы помним, что волна — это сочетание переменных магнитного и электрических полей. Любая пища содержит молекулы воды, а отрицательно и положительно заряженные частицы воды отлично проводят электричество, которое магнетрон преобразует в сверхчастотное электрическое поле, и греет пищу с помощью невидимых человеческому глазу волн.
Кстати, микроволны существуют и в природе — их испускает солнце.
Впервые термин появился почти 100 лет назад благодаря американскому ученому Асафу Холлу, но патент на изобретение магнетрона получил другой ученый только в 1924 году, и в дальнейшем ученые всего мира ломали головы как увеличить частоту колебания для генерации волн. Тут отлично сработали советские ученые, которые предложили использовать в его устройстве медь, что увеличило частоту колебаний вдвое.
С тех пор магнетрон успешно используется в радарах и радиолокационных приборах, и даже был очень полезен во времена Второй мировой войны. Но только через год после Победы магнетрон расплавил шоколад в кармане американского инженера, и именно таким случайным образом этот прибор начали использовать в быту, создав на его основе всем известную микроволновую печь. Правда первая в мире микроволновая печь весила более 300 кг и стоила 3 тысячи долларов.
 

Устройство магнетрона

Визуально магнетрон кажется не хитро устроенной деталью. Снаружи магнетрона возвышается колпачок антенны излучателя (№1 на рисунке). Внутри магнетрон состоит из двух кольцеобразных магнитов (№2), которые создают магнитное поле. Под №3 изображен радиатор, который избавляет устройство от излишков тепла. Под №4 — контакты, которые обеспечивают работу устройства. Изолятор (№5) защищает корпус от излучения, коробка фильтра (№6) защищает фильтр от внешнего воздействия. Корпус, изображенный под №7, делает устройство жестким, а значит, более защищенным. Сетка фильтра (№8) выполнена из медной проволоки, она не дает микроволнам покидать магнетрон, и обеспечивает контакт между магнетроном и печью. Изолятор (№9), соответственно изолирует устройство, а фланец, изображенный под №10 фиксирует магнетрон к корпусу печи.

Применение магнетрона в быту

Конечно магнетрон используемый для СВЧ-печей, работает несколько иначе, чем магнетрон в радиолокационных системах военных. И самое главное правило продления службы микроволновой печи — категорически нельзя включать пустую микроволновую печь. В противном случае может возникнуть искрение — микроволнам в таком случае некуда деться, и магнетрон может повредиться.
Скорость, при которой пища разогревается зависит исключительно от мощности магнетрона. Обычно она колеблется от 650 до 850 Вт. Чтобы проверить мощность, нужно закипятить в микроволновке стандартный стакан с водой, на это должно уйти от 2 до 3 минут.

Магнетрон распространяет радиацию?

Это один из самых распространенных мифов. В микроволновой печи попросту нет элементов, которые могут выделять радиацию, а микроволны заставляют молекулы усиленно «тереться», и за счет этого пища нагревается.
Микроволновых волн также не стоит бояться, хотя бы потому что любая микроволновая печь сконструирована так, чтобы защитить окружающих от них. Например, ни одна микроволновая печь не будет работать с открытой дверцей. В каком то количестве волны могут выходить наружу, но не дальше чем на расстояние 5 метров, а поэтому просто не стойте рядом с печью во время подогрева пищи. Питательные вещества из-за работы магнетрона также теряются не более, чем при любой другой термообработке.

Неисправности магнетронов

Магнетрон — это едва ли не главная деталь микроволновой печи, поэтому неудивительно, что когда он выходит из строя, хочется понять, подлежит запчасть ремонту или замене.
Сразу плохие новости — случаи поломки магнетрона, которые не подлежат ремонту. К ним относится обрыв нити накаливания, короткое замыкание, отсутствие генерации волн и нарушение вакуума.
Но бывают и такие неисправности магнетрона, которые можно устранить, например пробой конденсаторов, который определяется при выключенной внешней сети между магнетроном и корпусом с помощью тестера. Причиной такой поломки могут быть перепады напряжения в сети.
Также из-за того, что микроволновка долго работала «впустую» может заметно снизится мощность печи. В этом случае может помочь способ добавления напряжения на накал, если это позволяет конструкция вашей микроволновой печи.
Бывает, что в печи возникает СВЧ-разряд между антенной магнетрона и корпусом устройства. В такой ситуации нужно срочно заменить колпачок. Но учтите, что деталь должна быть идентичной сгоревшей.

Покупка магнетрона к СВЧ

Если магнетрон не подлежит ремонту, и вы решили его заменить, учтите, что он должен полностью соответствовать вышедшей из строя детали. Если вы собираетесь купить магнетрон самостоятельно, уточните его маркировку.
Кстати, при выборе магнетрона руководствуйтесь не столько маркой микроволновой печи, сколько мощностью детали.

Устройство и принцип работы магнетрона. Качественный ремонт микроволновых печей

Магнетрон [от греч. magnetis — магнит и электрон], в первоначальном и широком смысле слова — коаксиальный цилиндрический диод в магнитном поле, направленном по его оси; в электронной технике — генераторный электровакуумный прибор СВЧ, в котором взаимодействие электронов с электрической составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю. Это мощный генератор электромагнитных волн сантиметрового диапазона. Принцип действия магнетрона основан на торможении электронов в скрещенных электрических и магнитных полях. Используется главным образом в устройствах радиолокации, а также в нагревательных установках сверхвысокой частоты (микроволновые печи).

Простыми словами, магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. То есть, магнетрон создает микроволны и является обязательной составляющей всех микроволновых печей. Это, можно смело сказать — «сердце» микроволновой печи.

Термин «магнетрон» был предложен А. Халлом (A. Hull), который в 1921 году, впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А. Жачек.

В 1940 британские физики Джон Рэндалл (John Randall) и Гарри Бут (Harry Boot) изобрели резонансный магнетрон. Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты. Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры, что позволило устанавливать ее на самолетах. Начиная с 1960-х годов, магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования.

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд. Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %), то есть, способны преобразовывать до 80% подводимой к ним электроэнергии в СВЧ-поле.

Магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Основой магнетронов является анодный блок, который представляет собой толстостенный полый медный цилиндр, в стенках которого вырезаны полости, соединённые с центральным пространством щелями. Эти полости представляют собой кольцевую систему объёмных резонаторов. В центре анодного блока высверлено широкое круглое отверстие, через которое подключается источник питания посредством специальных выводов к катоду (подогреваемая нить накала), который проходит вдоль центральной оси анода. Вывод высокочастотных колебаний устанавливается в одном из резонаторов. Торцы цилиндра герметично закрыты медными крышками, а внутри обеспечивается вакуум высокой степени.

Эффективное охлаждение блока обеспечивается ребристыми радиаторами, расположенными на его поверхности.

Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения. При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода.

При некоторых условиях динамического равновесия, возвращающиеся в область катода электроны заменяются вылетевшими вновь. Поскольку электроны постоянно перемещаются от катода к аноду, возле последнего рядом со щелями объёмных резонаторов устанавливается постоянно вращающийся заряд кольцеобразной формы. По мере движения по окружности центральной полости анодного блока электроны возбуждают в каждом резонаторе незатухающие высокочастотные колебания. Выводятся эти колебания посредством витка проводов, расположенного в полости одного из резонаторов, которые затем передаются в коаксиальную линию или волновод.

Ремонт и замена магнетронов в Харькове

Магнетрон микроволновки – основная деталь любой СВЧ-печи, представляющая собой специальную вакуумную лампу для излучения. Без этого устройства ни одна печь LG, Daewoo, Panasonic или Самсунг не будет успешно работать. По данной причине владельцу микроволновой печи приходится внимательно изучать видео и практические рекомендации для самостоятельной проверки работоспособности вакуумной лампы и последующего ремонта или обращаться в сервисный центр для ее замены.

Качественный магнетрон для микроволновки всегда выполняется по специальной схеме. От этого во многом зависит, насколько успешно будет работать СВЧ-печь.

Самые распространённые поломки магнетронов это:

— обрыв нити накала;
— потеря эмиссии;
— пробой проходных конденсаторов фильтра;
—

падение питающего напряжения.

Чтобы самому приобрести магнетрон для домашней микроволновой печи, необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры. Для разных моделей микроволновок можно устанавливать магнетрон других фирм изготовления. Главное, чтобы он подходил по мощности, в настоящее время не проблема приобрести его в торговой сети. Исключение составляют модели, которые уже сняты с производства.

Однако, даже если вы разобрались в устройстве микроволновки, то не рекомендуется заниматься заменой деталей в домашних условиях, так как этим должны заниматься квалифицированные специалисты, способные обеспечить безопасную работу устройства. К тому же, сделать это самостоятельно будет довольно проблематично.

Ремонт магнетрона микроволновки рекомендуется доверять только квалифицированным специалистам!

По вопросам ремонта или замены магнетрона звоните нам по телефонам:

+38 (095) 071-73-14
+38 (097) 461-55-80

 

Как работает магнетрон?

ПУБЛИКУЕМ 24 мая 2022 г.   ЭЛЕКТРОНИКА

Все мы знаем, что Вторая мировая война была одним из самых травмирующих событий в истории человечества, но на с другой стороны это также привели к нескольким изобретениям, которые полностью изменили мир. Один из ключевых изобретения этого был резонаторный магнетрон, устройство, которое сделало радары сверхэффективными. Резонаторные магнетроны также используется в микроволновые печи, где они отвечают за производство микроволн высокой мощности.

Работа магнетронов

Резонаторные магнетроны работают по принципу LC колебание. В этой статье я собираюсь подробно рассказать о магнетронах.

1. При наличии катода и нити накала

Рассмотрим катод и нить накала. Когда я даю энергию нити, нить нагревает катода, и за счет этого из него вылетают электроны. Это явление известно как термоэмиссионный эмиссия (см. рис. 1). Однако в этом случае электроны вернутся к катоду.

Рис. 1: Термоэлектронная эмиссия

2. При наличии анода

Теперь я собираюсь разместить анод с положительным потенциалом (см. рис. 2). Испущенные электроны ускоряться и двигаться к аноду. Теория излучения утверждает, что заряды производят излучение, когда они ускорить.

Однако при таком расположении электроны излучают неэффективно, так как проводят очень мало времени. в пространство взаимодействия.

Рис. 2: Движение электрона при наличии анода

3. При наличии магнитного поля

Чтобы увеличить время пребывания электронов в этом пространстве, я введу постоянные магниты в состав. Магнитное поле заставляет электроны двигаться по криволинейной траектории (см. рис. 3). С путь электронов теперь искривлено, время, которое электроны проводят в пространстве взаимодействия, равно повысился. Финал Сформированная таким образом структура известна как корпусной магнетрон.

Рис. 3: Движение электронов в магнитном поле

Корпусные магнетроны могут быть усовершенствованы с помощью LC-колебаний. Сейчас в разделе ниже я буду объяснить вам, как добиться колебаний в магнетроне.

4. При введении полостей: Полость магнетрона

Для достижения осцилляции сконструируйте анод с полостями. Эти полости вызывают огромные различия в физика магнетроны. Чтобы понять влияние полостей, я буду использовать следующий пример. давайте возьмем металлический стержень с полость и пропустить рядом с ней отрицательный заряд. Отрицательный заряд, очевидно, будет отталкивать свободные электроны металл. Точно так же, когда отрицательный заряд проходит вблизи полости, электроны вокруг поверхность полости нарушены (см. рис. 4а).

Рис. 4а: Поперек полости возникают положительные и отрицательные заряды. поверхности

На поверхностях полости происходит накопление положительных и отрицательных зарядов из-за этого возмущения. Короче говоря, поверхности резонатора действуют как обкладки конденсатора. Если мы подключим индуктор через поверхности полости заряды начнут колебаться (см. рис. 4b).

Рис. 4b: Катушка индуктивности, подсоединенная к поверхности резонатора для генерации колебаний

Эта простая физика лежит в основе резонаторного магнетрона. А магнетрон имеет много таких полостей. Многие электроны выбрасываются с катода термоэмиссионным излучение (см. рис. 5). Теперь я проследю за действием самого первого электрона, выброшенного в эти полости.

Рис. 5: Движение электронов при наличии полостей

Как я объяснял выше, этот электрон индуцирует положительные и отрицательные заряды в полости. поверхности. Здесь полости расположены по кругу. Это означает, что пара поверхностей заряженной полости не могу оставаться в изоляция. Чтобы электрическое поле в металле было равно нулю, все пары резонаторов должны быть заряжены. с противоположной полярности (см. рис. 6).

Рис. 6: Электрон индуцирует положительные и отрицательные заряды на поверхностях резонатора.

Заряды, расположенные на противоположных концах, разделенных промежутком между ними, действуют как конденсатор и изогнутая форма полости действует как индуктор. Это означает, что накопленные заряды уйдут на одновременный LC колебание.

Подключение антенны к резонатору

Теперь я подключу антенну к одному из резонаторов (см. рис. 7). С помощью этой антенны и металл петля, это колебание извлекается и преобразуется в электромагнитные волны. Эти колебания будут поддерживаться в магнетроне так как электроны непрерывно текут от катода к аноду и передают свою энергию.

Рис. 7. Колебание извлекается и преобразуется в электромагнитные волны

Колесо со спицами

Теперь давайте посмотрим, что происходит с оставшимися электронами в пространстве взаимодействия. Здесь очень первый электрон который достиг поверхности полости, уже создал рисунок заряда на полостях. Это означает остальные электроны притянулись к областям положительного заряда, и они образовали интересную узор колеса со спицами (см. рис. 8). Поскольку заряды в полостях колеблются, колесо со спицами должно вращаться.

Рис. 8: Электроны образуют узор в виде колеса со спицами

Что такое взаимная связь?

Как вы, должно быть, заметили, антенна подключена только к одному резонатору, но это любопытно. вопрос вот почему он связан только с одной полостью, а не со всеми полостями? Ну это магия взаимного связь. Как мы известно, что из-за явления взаимной связи, если две катушки расположены рядом друг с другом и течение прохождение через одну из катушек приведет к изменению магнитного потока. Эти магнитные потоки созданный первым катушка будет взаимодействовать со второй катушкой, индуцируя относительно ЭДС на ней. Этот феномен также будет функционировать когда несколько катушек расположены близко друг к другу. Следовательно, в магнетроне извлечение колебательная энергия из одной полости будет таким же, как удаление всех полостей вместе взятых.

Применение магнетрона

1. Микроволновая печь

2. Радар

3. Серная лампа

4. Микроволновый генератор

Преимущества объемного магнетрона

1. Он имеет компактный размер, который уменьшает размер радара.

2. Резонаторные магнетроны способны генерировать мощные импульсы с более короткая длина волны, и это привело к возможности обнаружения более мелких объектов.

Это все о магнетронах. Я надеюсь, что вы поняли и получили удовольствие от этого объяснения одного из сложнейшие инженерные технологии: резонаторный магнетрон.

Спасибо за внимание!

ОБ АВТОРЕ

Прерна Гупта

Прерна Гупта, аспирант в области управления и контрольно-измерительных приборов. В настоящее время она является менеджер по продукту в Lesics Engineers Pvt. Ltd. Сфера ее интересов: телекоммуникации, полупроводниковые материалы и устройства, встроенные системы и дизайн. Prerna реализовала такие проекты, как MOSFET, оптоволоконный кабель, маршрутизация, системы GPS, спутники и т. д. Проверьте это ссылка для получения дополнительной информации об авторе.

ВАМ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ…

• Транзисторы, как они работают?

• Как работает струйный принтер работает?

Как работают высоковольтная цепь и магнетрон в микроволновой печи? — Технические советы по ремонту бытовой техники — Appliantology.

org

Мы собираемся погрузиться в то, что именно происходит электрически с высоковольтной цепью в микроволновой печи. Мы будем использовать эту конкретную схему в качестве примера, но эти принципы применимы и в целом.

Не беспокойтесь о большей части схемы. Все, что сейчас имеет для нас значение, — это высоковольтная секция — трансформатор справа на схеме и все, что справа от него.

Если вы не знакомы с тем, как работают магнетроны (или даже с тем, что они из себя представляют), то эта схема, вероятно, не имеет для вас особого смысла. Зачем все соединения с землей? Для чего конденсатор и диод? Что с двумя разными вторичными обмотками трансформатора?

Давайте начнем с рассмотрения того, как работает магнетрон. Вот поперечное сечение, которое показывает вам кишки одной из этих вещей.

С магнетроном связано много интересных вещей, но мы сосредоточимся только на основах.

Магнетрон — это устройство, которое производит микроволновое излучение, которое нагревает пищу внутри прибора. Это делается путем подачи очень высокого напряжения на катод магнетрона, обычно около 4000 вольт. Это напряжение вынуждает электроны прыгать с корабля, летя дугой по воздуху к аноду, представляющему собой оболочку, окружающую катод. Анод снабжен полостями (см. выше), и когда электроны проносятся в воздухе мимо этих полостей, они производят микроволны. Затем эти микроволны направляются в пищевую полость прибора.

Здесь мы только поверхностно скользим по поверхности, но это все, что нам нужно знать как техникам: когда на магнетрон подается надлежащее напряжение в 4000 вольт, он будет выполнять свою функцию. Но 4000 вольт — это много по сравнению со 120 вольтами, которые прибор получает от розетки. Как нам это получить? Ну, это именно то, что делают все эти компоненты в цепи высокого напряжения.

Первым шагом является трансформатор, который увеличивает напряжение от 120 В переменного тока до 2000 вольт. Это огромный прирост, но это еще только половина пути. Нам нужно найти способ удвоить это напряжение — и, как оказалось, для этого есть удобная конфигурация схемы, называемая, как и ожидалось, удвоитель напряжения . Существует множество различных схем удвоителей напряжения, но в этой машине используется довольно простая схема, которая называется Схема Виллара . Схема Виллара удваивает напряжение в прерывистых импульсах. Это связано с тем, что для зарядки требуется половина цикла питания переменного тока, а затем другая половина для разрядки.

Давайте посмотрим, что мы подразумеваем под этим, по одному полупериоду за раз.

Во время этого полупериода зарядки магнетрон не производит микроволн. Вместо этого электроны всасываются из земли через диод и накапливаются в конденсаторе.

На этом этапе я также могу объяснить, что такое точка обмотки низкого напряжения и «красная трубка» и «черная трубка». Все, что нужно сделать, это пропустить крошечный ток через катод, чтобы поддерживать тепло магнетрона в течение этого полупериода. Эти «трубки» — обычные провода. Почему они называются трубками? Коренглиш, детка.

Итак, в конце этого полупериода в конденсаторе хранится 2000 вольт, и мы готовы поменять полярность. Посмотрим, что тогда будет…

Здесь мы видим, как схема Виллара делает свое дело: 2000 вольт, которые мы накопили во время полупериода зарядки , добавляются к 2000 вольт на вторичной обмотке высоковольтного трансформатора, производя 4000 вольт.  Поскольку диод позволяет току течь только в одном направлении (так, как он протекал во время полупериода зарядки), ток не может просто течь обратно на землю. Вместо этого он вынужден преодолевать воздушный зазор в магнетроне, производя все эти микроволны.

Вот как выглядит синусоида напряжения в нескольких циклах:

После того, как электроны прыгают через щель в поисках Земли, магниты мешают им двигаться по прямой и заставляют их проноситься через открытые резонансные камеры. При этом они производят электромагнитные волны в микроволновом спектре. Это на самом деле работает очень похоже на то, когда вы дуете в свисток, за исключением того, что электроны движутся мимо полостей вместо частиц воздуха, а микроволновое излучение возникает вместо звуковых волн.