Принцип работы магнетрона в микроволновке. Принцип работы магнетрона в микроволновой печи: устройство, назначение и особенности функционирования

Как устроен магнетрон в микроволновке. Из каких элементов состоит магнетрон СВЧ-печи. Какие физические процессы происходят при работе магнетрона. Как магнетрон генерирует микроволны для нагрева пищи. Какие неисправности могут возникнуть в магнетроне микроволновой печи.

Устройство и назначение магнетрона в микроволновой печи

Магнетрон является ключевым элементом микроволновой печи, отвечающим за генерацию СВЧ-волн, которые нагревают пищу. По своей сути магнетрон представляет собой электровакуумный прибор, преобразующий энергию постоянного электрического тока в энергию электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты.

Основные элементы конструкции магнетрона:

• Катод — источник электронов
• Анод — медный цилиндр с резонаторными полостями
• Магнитная система из постоянных магнитов
• Антенна для вывода СВЧ-энергии
• Вакуумная колба

Катод нагревается специальной нитью накала и испускает электроны. Анод имеет форму полого цилиндра с четным количеством резонаторных полостей по окружности. Магнитная система создает постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси прибора.

Принцип работы магнетрона СВЧ-печи

Работа магнетрона основана на взаимодействии потока электронов с скрещенными электрическим и магнитным полями. Рассмотрим основные этапы этого процесса:

1. Нагретый катод испускает электроны
2. Электроны ускоряются электрическим полем между катодом и анодом
3. Магнитное поле искривляет траектории электронов
4. Электроны группируются в сгустки, вращающиеся вокруг катода
5. Сгустки наводят высокочастотные колебания в резонаторах анода
6. Колебания усиливаются за счет обратной связи
7. СВЧ-энергия выводится через антенну

В результате на выходе магнетрона формируются мощные СВЧ-колебания с частотой около 2450 МГц. Эта частота оптимальна для нагрева воды, содержащейся в продуктах.

Физические процессы в магнетроне микроволновой печи

Рассмотрим более подробно физические явления, лежащие в основе работы магнетрона:

Термоэлектронная эмиссия

При нагреве катода до высокой температуры (около 1000°C) электроны получают достаточно энергии, чтобы преодолеть потенциальный барьер и покинуть поверхность металла. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией.

Движение электронов в скрещенных полях

На вылетевшие из катода электроны действуют сразу две силы:

• Сила электрического поля, ускоряющая электроны к аноду
• Сила Лоренца со стороны магнитного поля, искривляющая траектории

В результате электроны движутся по сложным циклоидальным траекториям, образуя вращающееся электронное облако вокруг катода.

Группировка электронов

Под действием высокочастотного поля в резонаторах анода происходит группировка электронов в сгустки. Это ключевой процесс для генерации СВЧ-колебаний.

Особенности конструкции магнетрона для микроволновой печи

Магнетроны бытовых СВЧ-печей имеют ряд конструктивных особенностей:

• Компактные размеры (диаметр около 5 см)
• Воздушное охлаждение с помощью радиатора и вентилятора
• Питание от высоковольтного трансформатора (около 4 кВ)
• Выходная мощность 600-1000 Вт
• КПД до 70%

Важным элементом является колпачок магнетрона, защищающий место вакуумного уплотнения. Его повреждение приводит к разгерметизации прибора.

Возможные неисправности магнетрона в микроволновой печи

Магнетрон является самым уязвимым элементом СВЧ-печи. Основные причины выхода его из строя:

• Перегрев из-за нарушения охлаждения
• Пробой высоковольтного конденсатора
• Нарушение вакуума в колбе
• Обрыв нити накала катода
• Механические повреждения колпачка

При появлении признаков неисправности магнетрона (отсутствие нагрева, посторонние шумы, искрение) необходимо прекратить эксплуатацию печи и обратиться в сервисный центр.

Диагностика и ремонт магнетрона микроволновой печи

Проверка работоспособности магнетрона включает следующие этапы:

1. Визуальный осмотр на наличие повреждений
2. Проверка сопротивления нити накала (2-3 Ом)
3. Измерение сопротивления изоляции (более 10 МОм)
4. Тестирование высоковольтного конденсатора
5. Проверка магнитной системы

Большинство неисправностей магнетрона неустранимы, требуется его полная замена. Ремонтопригодны только некоторые внешние элементы — колпачок, фильтр, крепления.

Правила безопасности при работе с магнетроном

При обслуживании магнетрона необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Отключать печь от электросети
• Разряжать высоковольтный конденсатор
• Не прикасаться к выводам магнетрона
• Использовать средства защиты от СВЧ-излучения
• Не включать магнетрон вне экранированной камеры

Ремонт магнетрона должен выполняться только квалифицированными специалистами с соблюдением всех мер безопасности.

Перспективы развития магнетронов для бытовых СВЧ-печей

Основные направления совершенствования магнетронов:

• Повышение КПД и снижение энергопотребления
• Увеличение срока службы (до 10-15 лет)
• Уменьшение габаритов и веса
• Снижение уровня электромагнитных помех
• Разработка магнетронов с электронной перестройкой частоты

Развитие технологий позволит создавать более эффективные, долговечные и безопасные магнетроны для микроволновых печей нового поколения.

Принцип работы магнетрона СВЧ печи

Принцип действия магнетрона основан на влиянии электрического и магнитного полей на траекторию движения электронов. По своей сути, магнетрон является электровакуумным диодом. Другими словами «электронной лампой» с двумя электродами. В основе работы электровакуумных приборов лежит явление термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия возникает при разогреве поверхности эмиттера (катода), в следствии чего увеличивается количество электронов, способных совершить работу выхода. Для того, что бы выяснить, как электроны ведут себя в электрическом поле, рассмотрим принцип действия обычного электровакуумного диода.

На рисунке выше изображена схема работы электровакуумного диода. На части «А» рисунка, составлена электрическая цепь  состоящая из диода, батареи питания «В», и ключа «К». Ключ «К» разомкнут – следовательно, напряжение на аноде отсутствует «Ua = 0». Если нет напряжения, то ток анода тоже будет равен нулю «Ia = 0». На нить накала подано напряжение «Un» следовательно, катод диода разогрет, и самые активные электроны уже готовы покинуть его. Но своей энергии им для этого не хватает, поэтому они все еще находятся возле катода.

Перейдем ко второй части рисунка. На части «Б» данного рисунка все та же схема, но ключ «К» на ней замкнут. Следовательно — на аноде появилось напряжение «Ua = x», поданное с положительного полюса батареи питания «В» через ключ «К». В результате чего, между электродами диода возникло электрическое поле. Под действием силы этого поля электроны начали покидать катод и устремились к аноду. Таким образом, цепь замкнулась и по цепи начал протекать ток анода определенной величины «Ia = y». Из выше изложенного можно сделать вывод, что электрическое поле заставляет электроны двигаться по прямой вдоль, своих силовых линий.

Магнитное поле ни как не действует на не подвижный электрон. Но если электрон, движущийся по прямой траектории под действием электрического поля, попадает в магнитное поле, то последнее влияет на траекторию движения электрона, отклоняя ее вдоль своих силовых линий. Таким образом, электрон двигавшийся по прямой, под действием магнитного поля начинает двигаться по дуге.

Теперь рассмотрим внутренности магнетрона. Отличительной особенностью конструкции магнетрона – является конструкция анода. Анод магнетрона представляет собой толстостенный медный цилиндр с системой резонаторов внутри. В поперечном сечении, вид конструкции анода напоминает колесо телеги со спицами. Каждая «спица» — является резонатором. В центре анода расположен катод с подогревателем. По краям анодного блока находятся два кольцевых магнита, которые образуют магнитную систему, между полюсами которой и располагается анод. Если бы данная магнитная система отсутствовала, то не было бы и магнитного поля и в этом случае, при подаче напряжения накала и анодного напряжения, электроны двигались бы по прямой, от катода — к аноду т. е. вдоль силовых линий электрического поля.

На рисунке сверху изображена очень упрощенная схема работы магнетрона. На ней голубым цветом выделена приблизительная форма траектории движения одного электрона покинувшего катод и стремящегося к аноду. На рисунке видно, что благодаря наличию магнитного поля, траектория движения электрона изменяется таким образом, что покинувший катод электрон достигает анода, далеко не сразу. Из-за такого влияния магнитного поля на движение электрона, в рабочей области образуется своеобразное «электронное облако», которое вращается вокруг катода – внутри анода. Пролетая мимо резонаторов, электроны отдают им часть своей энергии и наводят в них токи высокой частоты которые в свою очередь, создают  сильное СВЧ поле в полостях резонаторов. В одну из таких полостей помещена петля связи (на схеме не показана), посредством которой энергия СВЧ поля выводится наружу.

принцип работы и применение в микроволновой печи

Содержание

Назначение и принцип работы магнетрона

Магнетроном называют электронное устройство большой мощности, которое с помощью изменения потока электронов генерирует высокочастотные микроволны. Молекулы воды, которые обязательно присутствуют в продуктах, имеют хорошую электропроводность. Под действием сверхвысокочастотных магнитных колебаний, создаваемых магнетроном, они начинают двигаться с высокой скоростью, нагревая при этом пищу.

В бытовых приборах используется многорезонаторная разновидность магнетрона, в которой на электроны одновременно воздействуют три поля:

1. сверхвысокочастотное;
2. электрическое;
3. магнитное.

Магнетрон генерирует СВЧ колебания, обеспечивая высокую мощность на выходе, не смотря на небольшой вес и компактные габариты. В непрерывном режиме мощность устройства может достигать десятков киловатт. Максимальная мощность при импульсном режиме работы составляет – 5МВт. Мощность магнетронов, установленных в большинстве микроволновых печей, составляет 650-850 Вт.

Питание маломощных магнетронов осуществляется переменным током. Для более мощных устройств необходим выпрямленный оперативный ток. Магнетроны работают на различных частотах в диапазоне 0,5 – 100 ГГц.

Из чего состоит магнетрон

Все приборы, генерирующие СВЧ волны, независимо от их выходных характеристик, имеют идентичную конструкцию. Схема магнетрона состоит из следующих частей:

• анодного блока, представляющего собой толстостенный цилиндр из металла, в стенках которого имеются отверстия (резонаторы), необходимые для образования кольцевой колебательной системы;
• цилиндрического катода, во внутренней полости которого встроен подогреватель;
• электромагнита или внешнего магнита, создающего магнитное поле;
• проволочной петли, которая крепится к резонатору и служит для вывода энергии.

Резонаторы устройства выполняют замедляющую функцию. В них происходит столкновение электромагнитных волн с пучком электронов. В результате этого взаимодействия высокочастотное поле получает от электронов часть их энергии, вывод которой осуществляется посредством петли связи, закрепленной на анодном блоке.

Устройство будет работать бесперебойно только при условии, что разница между рабочей и резонансной частотами составит как минимум 10%. При небольшой разнице частот применяется разнорезонаторная колебательная система, в которой четные и нечетные резонаторы различаются по размеру.

Как работает магнетрон

Сферы применения магнетронов

Помимо обычных микроволновых печей магнетроны применяются в различных областях промышленности, а также при производстве радиолокационных систем. В зависимости от сферы применения магнетроны имеют определенные особенности:

• Для работы в радарных установках устройство прикрепляется к антенне конической формы с параболическим отражателем. Управление осуществляется с помощью коротких импульсов высокой интенсивности. Излучаемая микроволновая энергия улавливается чувствительным приемником. Отображение обработанного сигнала происходит на электронно-лучевой трубке.
• Для функционирования радиолокационных станций применяются коаксиальные магнетроны, характеризующиеся быстрым изменением частот. Их целесообразно использовать для расширения тактико-технических качеств локаторов.
• В магнетронах, установленных в бытовых микроволновых печах, имеется прозрачное отверстие, которое выходит в рабочую камеру прибора. Использование пустой печи может способствовать поломке прибора, так как микроволны будут не отражаться, а поглощаться волноводом.

В промышленности магнетроны применяются для обеззараживания, сушки зерновых культур. СВЧ-технологии используются при пастеризации и стерилизации молока и других жидких продуктов. Они эффективны для поддержания технологического режима при сушке лекарственных трав или древесины. В химической промышленности магнетроны применяются при получении различных кислот и разложении нитратов

Причины поломки

Если при включении микроволновой печи не происходит нагрев помещенных внутрь продуктов, скорее всего причина кроется в поломке магнетрона. При этом свет в рабочей камере может гореть, поворотный стол — вращаться. Как правило, магнетрон выходит из строя по причине своего естественного износа или нарушений пользователем правил эксплуатации прибора.

Разгерметизация

Поскольку магнетрон представляет по сути электровакуумный диод, то при отсутствии вакуума он функционировать не будет. Вакуум необходим, чтобы электроны могли беспрепятственно отделяться от раскаленного катода. Разгерметизированный магнетрон ремонту не подлежит, его необходимо заменить.

Повреждение колпачка

Колпачок магнетрона формирует емкостную электрическую связь между вибратором и стенками волновода и защищает место холодной сварки, которым «закрыли» трубку для вакуумирования – штенгель. При повреждении колпачка, особенно, если он оплавился или в нем образовалась дыра, его необходимо заменить. Если колпачок не пробит, а на нем просто образовался нагар, его можно попытаться очистить мелкозернистой наждачной бумагой.

Для замены нужно подобрать колпачок или сделать его самостоятельно из электролитического конденсатора подходящего диаметра. Как правило, посадочные места у всех магнетронов одинаковые. Но, очень важно использовать колпачок нужной высоты – он не должен быть выше старого. Если не выдержать эти требования, может возникнуть дисбаланс всей системы и все равно придется менять полностью магнетрон.

Тотальный износ

Если микроволновая печь имеет длительный срок эксплуатации, все ее элементы физически изнашиваются. При этом возможно нарушение контактов электропроводки прибора, нарушение работы элементов управления, электронного модуля и других узлов. Также со временем повреждается внутреннее покрытие камеры. Эксплуатировать такую микроволновую печь нельзя, поскольку это является опасным. При появлении первых признаков тотального износа прибора целесообразно рассмотреть вопрос покупки новой микроволновой печи.

Поврежден магнит

Анодный блок магнетрона находится между магнитами. Электромагниты или постоянные магниты создают магнитное поле, параллельное оси магнетрона. Создаваемое ими магнитное поле действует на электроны и отклоняет их на спиральную траекторию. В результате между анодом и катодом создается вращательное спиралевидное облако. При повреждении магнита ремонт магнетрона выполнить невозможно, требуется только полная замена. Единственным исключением является ситуация, когда лопнул верхний магнит. Его можно заменить на аналогичный. При этом не стоит доверять сомнительным рекомендациям в интернете о возможном восстановлении магнита путем склеивания.

Проблемы с переходным конденсатором

Переходные конденсаторы вместе с дросселями образуют СВЧ фильтр для защиты от проникновения СВЧ излучения из магнетрона. Целостность конденсатора можно проверить, измерив сопротивление между корпусом магнетрона и выводами. Конденсатор работоспособен, если его сопротивление от нуля за несколько секунд вырастет до бесконечности. Пробой конденсатора вызовет выход из строя магнетрона.

При наличие определенных навыков, можно попытаться заменить конденсатор. Для этого нужно снять крышку фильтра, откусить кусачками дроссельные контакты. Затем рассверлить отверстия вокруг конденсатора, используя сверло диаметром 3 мм. Достав фильтра из корпуса, отмотать по одному витку у каждого, увеличив при этом длину контакта. Потом нужно аккуратно зачистить ножом или наждачной бумагой контакты.

Вставив новый конденсатор в корпус фильтра, прикрутить его болтами. Затем соединить контакты, чтобы они не касались стенок коробки и закрыть крышку фильтра. При замене конденсаторов нельзя использовать обычный припой. В этом случае необходимо пользоваться тугоплавким припоем или использовать устройство для контактной сварки. Но, нужно понимать, что такие работы лучше доверить профессиональным мастерам. К тому же, оптимальным выходом, в этом случае будет все же полная замена магнетрона.

Обрыв нити

При обрыве нити накала магнетрона элемент ремонту не подлежит. В таких ситуациях требуется только полная замена магнетрона. Проверить нить накала можно, используя мультиметр. Для этого необходимо перевести тестер в режим сопротивления. Затем отсоединить одну клемму магнетрона от цепи питания и проверить состояние клемм. При повреждении нити накала мультиметр покажет сопротивление от двух до трех Ом. Если произошел обрыв нити, тестер покажет «бесконечность», поскольку никакой реакции на прикосновение не будет.

Как определить поломку

Чтобы определить неисправность, обесточьте технику, вынув штекер кабеля питания из розетки. Начните с визуального осмотра внутреннего отдела СВЧ-печи. Как проверить магнетрон и понять, что является источником проблемы? Выход из строя этой комплектующей сопровождается появлением следов горения. Такой тип диагностики позволит узнать, возможно, сгорел предохранитель.

Перед тем как проверить магнетрон в микроволновке мультиметром, обязательно делайте визуальный осмотр. Ведь это также действенный тип диагностики.

Впрочем, скрытые аппаратные неисправности выявить без специального оборудования невозможно. Запомните, что сначала необходимо отсоединить комплектующую, а уже потом проводить тест на её работоспособность. Обязательно придерживайтесь простой пошаговой инструкции:

1. Подсоедините щупы мультиметра к клеммам детали. Бесконечное значение на экране тестера свидетельствует о поломке комплектующей.
2. Проверьте целостность печатной платы, ведь в неё интегрировано множество важных элементов: диоды, варистор и резисторы. Все детали выпаивать не придётся, просто протестируйте плату.
3. Прозвоните предохранитель при комнатной температуре. В таких условиях он должен дать соответствующий сигнал.
4. Проверьте высоковольтный конденсатор на предмет возможного пробоя. В рабочем состоянии он выдаёт мультиметру бесконечное значение. Если деталь сломана, тогда на экране появится практически нулевое сопротивление.
5. Тест высоковольтного диода. Главной преградой диагностике выступает последовательное соединение. Осмотр невозможен, а внутреннее сопротивление – слишком высокий показатель для измерения. Поэтому удостоверьтесь в отсутствии пробоя в данной части, используя мегомметр.

Используйте эту инструкцию, а также следите за появлением характерных симптомов, чтобы своевременно обнаружить поломку техники.

Ремонт магнетрона

Некоторые аппаратные комплектующие не поддаются восстановлению. Если сгорел магнетрон в микроволновке, то его придётся поменять. Отремонтировать эту комплектующую невозможно. Стоимость оригинальной запчасти для СВЧ-печки необычайно высока. Иногда выгодней купить новую технику. Поэтому крайне важно провести тщательную проверку магнетрона тестером, измерив напряжение.

Далее рассмотрим, как проверить магнетрон на микроволновке с помощью специальных измерительных приборов. Предоставим подробную пошаговую инструкцию. Не исключено, что повреждены лишь отдельные элементы комплектующей, что даёт возможность произвести ремонт без серьёзных капиталовложений.

С аппаратным ремонтом справится каждый, кто хотя бы немного разбирается в радиоэлектронике, а также имеет доступ к обычному тестеру и мегомметру. Если сомневаетесь в своих силах, тогда лучше обратитесь за помощью в сервис-центр, в котором работают опытные мастера.

Диагностика блока управления

Проверка СВЧ-печи будет изменяться в зависимости от конструкции устройства. Принято выделять несколько основных видов блоков управления:

• механический;
• электронный;
• сенсорный.

Магнетрон для микроволновой печи проверяется мультиметром. Диагностика БУ осуществляется аналогичным образом. Используя данный инструмент, удостоверьтесь в том, что напряжение подаётся на трансформатор. Если вы включаете таймер, предварительно выбрав рабочий режим, но напряжение отсутствует, то это свидетельствует о выходе из строя блока управления.

Проще всего отремонтировать модели, оборудованные механическим таймером и ручными регуляторами рабочих режимов. Начните с визуального осмотра, а потом измерьте тестером уровень тока на контактах переключателей. Такая диагностика позволяет определить: обгоревшие контакты, вышедшие из строя детали, окисленные шлейфы. Замените неработоспособные детали.

Микроволновку, имеющую электронный БУ, починить сложней. Проведите первичный осмотр с помощью дисплея. При появлении неисправностей на дисплее будет отображаться некорректная информация. Если экран и вовсе не загорается, тогда обязательно удостоверьтесь в том, что встроенный предохранитель цел.

Электронный блок управления хорош тем, что каждый пользователь сможет запустить процесс автоматической диагностики. Сверьте код обнаруженной ошибки со значениями, которые указаны в специальной таблице. Этого достаточно для получения необходимой информации. Подключение мультиметра не требуется.

Блок управления – радиоэлектронный модуль с довольно сложной структурой. Для восстановления работоспособности данного узла потребуются специальные измерительные приборы. Если у вас нет доступа к ним, обратитесь в Москве или любом другом городе в авторизированный сервисный центр.

Проверка системы излучения радиоволн

Некорректная работа аппаратных узлов, включая БУ, а также магнетрон для микроволновой печи, свидетельствует о необходимости проверки состояния элементов системы СВЧ-излучения. В её состав входит высоковольтный трансформатор, а также компоненты цепи сдвига напряжения. Современные печи оборудованы высоковольтными трансформаторами MOT. Их конструкция включает три уровня обмотки:

• первичный – 220 В;
• понижающий – 3 В;
• повышающий – 2 кВ.

Чтобы определить сгоревший элемент, нужно последовательно проверить тестером каждую обмотку. Самый низкий уровень сопротивления имеет именно понижающая обмотка, которая обеспечивает накал магнетрона для микроволновой печи. Наивысшее сопротивление – высоковольтная обмотка. Если поломка микроволновой печи обнаружена, а пользователь определил обрыв одного или нескольких слоёв обмотки, замените трансформатор.

Ни в коем случае нельзя исключать межвитковое замыкание, которое наблюдается в высоковольтной обмотке. Признаком появления этой неисправности станет низкий уровень температуры. Возможно, значительно возрастёт шум во время работы СВЧ-печи. Обычным мультиметром нельзя измерить напряжение на выходных клеммах данной обмотки. Поэтому придётся использовать профессиональные измерительные инструменты. Если опасения подтвердились, и было обнаружено замыкание, поменяйте трансформатор.

Обязательно проведите проверку всех деталей, образующих систему умножителя напряжения. Магнетрон для микроволновой печи – ключевой элемент этой схемы, но далеко не единственный. В неё также включены конденсаторы и диоды. Уровень внутреннего сопротивления высоковольтного диода очень высок, а измерить его пробой мультиметром нельзя. Поэтому придётся снова воспользоваться мегомметром. Если деталь неисправна, тогда установите новый диод.

Обязательно проверьте конденсатор на пробой. Исправная комплектующая продемонстрирует сопротивление, приближённое к нулю. Оно буквально за несколько секунд увеличится в разы. Сопротивление у неисправных конденсаторов резко не изменяется, поскольку отсутствует контакт с обложкой.

Вполне вероятно, что печь начала греть пищу заметно слабей из-за появления утечки между обкладками. Определить источник утечки можно также с помощью мегомметра. Неисправные радиоэлементы следует поменять.

Замена магнетрона

Если пользователь уверен, что сломан магнетрон для микроволновой печи, замените этот элемент. Преимущественно выполнением этой процедуры занимаются квалифицированные специалисты. Впрочем, всё можно сделать и своими руками. Главное, немного разбираться в радиоэлектронике, а также знать, как замеряется напряжение тока.

Процедура замены в микроволновой печи предполагает, что предварительно пользователь купит новую комплектующую. Чтобы выбор оказался удачным, необходимо придерживаться нескольких простых рекомендаций:

1. Уровень мощности магнетрона для микроволновой печи полностью соответствует аналогичному показателю сломанного устройства. Вся необходимая информация прописана в техническом паспорте.
2. Новая деталь имеет идентичные отверстия для крепления, а все контакты подходят.
3. Габариты сломанной комплектующей полностью соответствуют размерам новой запчасти.

Установить новый магнетрон для микроволновой печи не составит особого труда. Однако пользователь должен добиться максимально плотного прилегания комплектующей к волноводу. Не забудьте проверить конденсатор.

Полезные советы

Приведённые ниже несложные рекомендации помогут продлить срок службы магнетрона:

• Если в микроволновке при включении что-то трещит и искрит — нужно перестать пользоваться печью и выяснить причину. Устранение неисправности обойдётся дешевле покупки новой детали. В данном случае виновником обычно оказывается прогорание колпачка, из-за этого СВЧ-печь искрит.
• Необходимо постоянно следить за состоянием слюдяной накладки, защищающей выход волновода в камеру от попадания жира и крошек пищи. Если колпачок неисправен — слюда может оказаться прогоревшей, что приводит к выходу их строя магнетрона. Накладку следует держать в чистоте, так как попавший на неё жир обугливается под воздействием температуры и приобретает электропроводность. Взаимодействуя с излучением, он становится причиной искрения в камере.
• При нестабильном напряжении, микроволновку лучше подключить через стабилизатор, так как даже незначительное падение негативно влияет на работу печи. Падает мощность, и ускоряется износ катода магнетрона. Например, при напряжении в сети 200 В мощность уменьшается вдвое.
• У микроволновки много применений, поэтому в случае её неисправности нарушается привычный порядок вещей. Причиной поломки необязательно является магнетрон или схема его питания. Сначала следует проверить величину напряжения в месте подключения печи к сети и состояние слюдяной пластины.

Охлаждение и защита магнетрона

Во время работы магнетрон выделяет большое количество тепла, поэтому на его корпус устанавливается радиатор. Поскольку перегрев является основной причиной выхода из строя магнетрона, то для его защиты применяются и другие методы:

• Термореле. Данное устройство используется для защиты магнетрона, а также гриля, если он имеется в модели. Термопредохранитель оснащен биметаллической пластиной, которая может быть настроена под определенную температуру. При превышении этого значения она изгибается и размыкает цепь питания.
• Вентилятор. Он не только обдувает прохладным воздухом радиатор магнетрона, но и выполняет ряд других полезных функций, таких как охлаждение электронных компонентов устройства, циркуляция воздуха внутри камеры во время работы гриля, а также отвод горячего пара наружу через специальные отверстия.
• Система блокировки. Несколько микропереключателей контролируют положение дверцы микроволновки, не позволяя магнетрону включаться при ее открытом положении.

Принцип работы микроволновой печи

Чтобы разобраться с этим, необходимо немного вводных данных. Большинство продуктов питания в своем составе содержат следующие вещества: соли, жиры, сахар, воду. Чтобы микроволны «работали», то есть грели пищу, в продуктах должны быть дипольные молекулы. С одной стороны у них положительный электрический заряд, с другой – отрицательный. В пище этих молекул достаточно – это жиры и сахар, но главный диполь – молекула воды.

В овощах, мясе, фруктах и рыбе содержится большое число дипольных молекул, количество которых достигает миллионов. Если электрического поля нет, молекулы располагаются в хаотическом порядке. В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц.

При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.

В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.

Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.

Нагрев пищи микроволнами можно сравнить с тем, как греются ладони, если тереть ими одна об другую. «Волны» воздействуют только на поверхностный слой пищи, проникая не глубже 1 – 3 см. Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.

Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.

В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.

Схема СВЧ печи

Наглядным примером послужит модель микроволновки Samsung RE290D. Принципиальная электрическая схема поможет понять, как работают печи от любых производителей. Отличаться они могут разве что специфическими модификациями. Сама схема представлена на фото выше.

В левой части заметно, что заземляющий контакт вилки соединяется с корпусом, а тот подключен от средней точки конденсаторной развязки фильтра, снижающего помехи высокочастотного излучения. В области входа питания находится предохранитель плавного типа – FU1. Для проверки его состояния пользуются электрическими методами – прозванивают цепь мультиметром, работающим в режиме омметра.

Есть второй предохранитель, защищающий микроволновку от работы в аварийном режиме, например, когда неисправны микровыключатели дверцы.

Чтобы магнетрон – источник излучения, начал «работать», контакты исправности дверцы размыкаются, а все остальные – замыкаются. Если их отключить, причем любой, то с высоковольтного трансформатора снимется питающее напряжение.

В схеме есть термические предохранители-датчики (2 шт.), которые, в зависимости от температуры корпуса магнетрона и рабочей камеры, размыкаются и замыкаются. У первого – периодическая работа. Он защищает магнетрон от перегрева. Второй срабатывает, если неисправен вентилятор или засорились вентиляционные отверстия.

Контакт страхующего реле обеспечивает подключение электродвигателей таймера и охлаждающего вентилятора. Если предохранитель «Monitor Fuse» перегорит, обмотка реле выходит из строя.

Переключатель, отвечающий за выбор мощности, находится на таймере. Он, следуя алгоритмам, снимает напряжение со схемы магнетрона.

Резистор R1 кратковременно снижает пусковой ток трансформатора. Для этого требуется работоспособный релейный контакт «Inrush Relay». Его задача – ограничение импульса, вызванного разрядом конденсатора (он может получить заряд до того, как включится). Это обеспечивает плавный запуск микроволновой печи.

Силовая схема этой печи от Самсунг проста для тех, кто в этом разбирается. Главное различие в СВЧ-печах – электронные блоки, с разной конструкцией и функциональными возможностями.

Устройство микроволновки

Внутри микроволновки есть несколько обязательных деталей, поэтому не лишним будет знать, какова их роль. Внутреннее строение имеет следующую конструкцию: металлическая камера, в которой происходит нагрев пищи и дверца, предотвращающая выход излучения наружу.

Чтобы продукты питания разогревались равномернее, для этого в камере предусмотрен вращающийся столик, работающий от мото-редуктора (мотора). Но есть и другие ответственные детали.

Блок управления СВЧ

Панель управления бывает:

• механической;
• электронной.

Блок управления поддерживает заданную мощность и выключает устройство по истечении заданного времени. Внутри электронного блока – микроЭВМ с богатым потенциалом, поэтому в ходе производства печей ему находят другое применение. Например, встраивают часы или отрывки мелодий, которые сигнализируют об окончании работы.

Блок управления – схема, с которой напрямую взаимодействует человек. Рабочими органами выступают: кнопки, механические переключатели, регуляторы, при помощи которых выставляются параметры работы. Посредством них задается мощность, выбирается режим, программа.

Сама схема устроена по-разному. Простейшая представляет собой круговые регуляторы, один из которых – таймер. Бывает и гибридная система – с кнопками. Она, по сравнению с «механикой» более функциональна.

Все чаще встречается блок управления в виде сенсорной панели. Принципом работы она аналогична механическим кнопкам, только надежнее. Продвинутые схемы поддерживают «программирование» — настраивается мощность и время выдачи излучения.

Блок генерации СВЧ излучения

Это «сердце» микроволновой печи. Выглядит элемент как вакуумная лампа, которую можно было встретить в старых кинескопных телевизорах. Его задача – генерирование интенсивной электромагнитной волны высокой частоты. Когда электроны проходят через магнитное поле – образуется волна, длина которой бывает разной.

Блок генерации включает не единственный СВЧ-источник. Чтобы волны поступали в рабочую зону печи, в ней предусмотрены волноводы. Расположены они за слюдяной пластиной, которая «прячется» за боковой стенкой.

Функции микроволновки

Микроволновую печь большинство используют просто для нагрева пищи. Но эта техника способна на большее. С ее помощью можно даже готовить шашлык, курицу-гриль, выпекать картошку и так далее.

Единственное, режим «гриль» требует мощности в 1500 Вт, значит света «тянуть» печь будет немало. Да и магнетрон – блок, генерирующий излучение, не вечен. Поэтому, чем реже пользоваться печью, тем дольше она прослужит. Сейчас редко кто полностью отказывается от традиционных плит в пользу микроволновок.

Перечь функций, доступных в СВЧ-печах и их назначение:

• подвижный гриль. Позволяет менять угол наклона. Те, кто предпочитает курицу-гриль, выбирают печи с этой функцией;
• конвекция. Обдув продуктов питания горячим воздухом. Как заявляют производители, эта функция предназначена для выпекания. Правда, модели печей с нею дорогие, тяжелые и громоздкие. Неудивительно, так как сзади техники ставится немаленький вентилятор, нагнетающий воздух;
• биопокрытие. Иначе – керамическое покрытие, хотя производители именуют их по-разному. Его преимущества: стойкость, прочность, биологическая инертность (микробы не будут размножаться внутри печи, даже если долго ее не мыть). Чем дороже модель микроволновки, тем «навороченней» в ней покрытие;
• автоприготовление. Это функция, встречающаяся в технике компании LG. Есть программы, полностью автоматизированные, предназначенные для готовки определенного блюда. К примеру, готовится каша. С этим режимом остается только выбрать вес продукта, а мощность и время зададутся автоматически;
• размораживание. Все просто – печь работает на минимальной мощности, необходимой для разморозки продуктов;
• Intellowave. Система, позволяющая равномерно прогреть еду, например, большой кусок мяса. Встроенные датчики «наблюдают» за отдельными участками продукта, определяя температуру поверхности и регулируя мощность;
• подача пара. Дополнительная возможность, предотвращающая пересушивание пищи в ходе приготовления;
• проветривание рабочей камеры. Полезно, если хочется, чтобы новое блюдо не пропиталось оставшимися запахами.

Это основные функции, но они постоянно дополняются новыми.

Видео: что такое магнетрон

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Топ лучших мультиметров

Как проверить конденсатор мультиметром: пошаговая инструкция

Проверка светодиода мультиметром (тестером) на исправность

Как проверить электродвигатель: этапы проверки и выяснение неисправностей

Как проверить электродвигатель мультиметром: проверка ротора и статора на межвитковое замыкание, прозвонка асинхронного и трехфазного двигателя

ПРИНЦИП И РАБОТА МАГНЕТРОНА И ЛАМПЫ БЕДЯЩЕЙ ВОЛНЫ

30 июня • Общее • 33399 просмотров • 6 комментариев о принципе и работе магнетронов и лампы бегущей волны

МАГНЕТРОН

Магнетрон представляет собой группу простых диодных электронных ламп. вместе со встроенными объемными резонаторами и исключительно мощным магнитом.

Существует три типа магнетронов:

• Тип отрицательного сопротивления
• Циклотронный частотный тип
• Тип бегущей волны или резонатора

Магнетроны с отрицательным сопротивлением используют отрицательное сопротивление между двумя сегментами анода.

Циклотронная частота магнетронов зависит от синхронизма среди переменной составляющей электрического поля и периодических колебаний электронов в направлении, параллельном этому полю.

Магнетроны резонаторного типа зависят от поверхности раздела электронов с вращающимся электромагнитным полем с постоянной угловой скоростью.

КОНСТРУКЦИЯ

Магнетрон состоит из катода, который используется для высвобождения электронов и ряда анодных полостей, а постоянный магнит расположен на обратной стороне катода, а пространство между анодной полостью и катодом называется взаимодействующим пространством.

Электроны, испускаемые катодом, движутся по разным траекториям во взаимодействующем пространстве в зависимости от напряженности электрических и магнитных полей, приложенных к магнетрону.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

В зависимости от относительной напряженности магнитного и электрического полей электроны, выпущенные из полости, движутся к аноду и перемещаются по взаимодействующему пространству.

• Влияние только электрического поля
  • В отсутствие магнитного поля (B=0) электроны движутся прямо от катода к аноду за счет радиальной силы электрического поля, действующей на него.
  • Если напряженность магнитного поля увеличивается неопределенно (т. е. при умеренном значении B), оно будет прикладывать боковую силу, искривляющую траекторию электрона.
  • Если сила электронов достаточно высока, чтобы предотвратить попадание электронов на анод, анодный ток становится равным нулю.
  • Магнитное поле, необходимое для возврата электронов обратно к катоду, просто глядя на поверхность анода, называется критическим магнитным полем или магнитным полем отсечки (Bc)
  • Если магнитное поле больше критического магнитного поля (B>Bc), электроны испытывают большую вращательную силу и могут вернуться обратно к катоду гораздо быстрее.
    Это приводит к нагреву катода.

  Воздействие только магнитных полей

  • Магнитное поле прикладывается перпендикулярно электрическому полю, поэтому оно называется аксиальным магнитным полем, поэтому магнетроны называются устройствами поперечного поля, поскольку радиальное электрическое поле и аксиальное магнитное поле перпендикулярны друг друга.
  • Если напряженность магнитного поля больше, чем испускаемые электроны будут возвращаться обратно к катоду с высокой скоростью, что может разрушить катодную полость, этот эффект называется обратным нагревом катода.

  Совместное действие электрического поля и магнитного поля

  • Когда оба поля существуют, в этом случае электрон может иметь разный путь в зависимости от силы E и H.
  • Если  E>H , в этом случае электроны достигают анода, но траектория будет искривлена ​​из-за малого магнитного поля.
  • Если H>E, то в этом случае электроны возвращаются обратно к катоду.

  МЕХАНИЗМ КОЛЕБАНИЙ В МАГНЕТРОНЕ ( ∏ режим колебаний)

  • Понятно, что колебания способны запустить устройство из-за высокой добротности.

  Q=fc/BW(Для генератора BW→0, следовательно, Q→∞)

  Автоколебания могут поддерживаться, если разность фаз между анодной полостью равна N∏/4, а наилучший результат может быть получен при N= 4.

  Следовательно, это называется колебанием режима «∏».

  TWT(Лампа бегущей волны)

  Лампа бегущей волны — это новый тип лампы, которая показала большие перспективы в качестве усилителя на плате, предложенная Пирсом и другими в 1946. ​​

  ЛБВ КАК УСИЛИТЕЛЬ

  • Лампа бегущей волны представляет собой усилитель, использующий распределенное взаимодействие между электронным пучком и бегущей волной.
  • В случае ЛБВ пространство взаимодействия расширяется на всю длину трубы, так что группирование происходит непрерывно.
  • Основная структура ЛБВ состоит из катода для испускания электронов и входного волновода и выходного волновода, чтобы он давал входной сигнал и выводил РЧ-выход.
  • Магнитное поле приложено так, чтобы сфокусировать электроны вдоль центра спиральной структуры.
  Аттенюаторы
  • предназначены для поглощения отраженных электронов, чтобы избежать возникновения каких-либо колебаний вдоль трубки из-за изменения импеданса.

СТРУКТУРА ЗАМЕДЛЕННЫХ ВОЛН

• Как правило, фазовая скорость (Vp) входного сигнала (ВЧ-сигнал, который является микроволновым сигналом) больше, чем скорость света ‘c’, поэтому группировка должна быть возможно, оба должны двигаться в одном направлении с одинаковой скоростью. Таким образом, сигнал Rf проходит через замедляющую структуру, так что осевая составляющая фазовой скорости почти равна Ve.

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

• ЛБВ представляет собой устройство с линейным лучом, в основном используемое в микроволновом усилителе, в котором группирование происходит непрерывно, и для расширения взаимодействия мы вводим медленноволновая структура, так что электронный луч радиочастотного сигнала движется с той же скоростью в том же направлении.
• Электроны, которые движутся против отрицательного полупериода радиочастотного сигнала, будут группироваться вместе и переносить энергию в радиочастоту, и процесс группировки продолжается, и мы получаем усиленный выходной сигнал через выходной волновод, который показан ниже 9-2)=41,46 дб

  В) Различие между ЛБВ и клистроном?

  Ответ)

  ЛБВ	КЛИСТРОН
  В случае ЛБВ поле распространяется вместе с электронным пучком.	Поле неподвижно, движется только электронный луч.
  Взаимодействие электронного пучка и ВЧ поля непрерывное по всей длине.	В этом случае взаимодействие происходит только в зазорах нескольких резонаторов.
  Входная волна в ЛБВ представляет собой распространяющуюся волну	Входная волна представляет собой нераспространяющуюся волну
  ЛБВ представляет собой нерезонансный СВЧ-контур.	Клистрон — это резонирующая микроволновая схема.

  В) Объясните процесс группирования?

  Ответ: Группировка — это процесс, при котором электроны берут энергию из полости в разное время и доставляются в полость в одно и то же время, как показано на рис.

  В: Сравнение рефлекторного клистрона и магнетрона?

  • Клистроны представляют собой линейные трубки, в которых магнитное поле применяется для фокусировки электрона, а электрическое поле применяется для дрейфа электрона. Но в случае магнетрона и электрическое, и магнитное поля перпендикулярны друг другу, поэтому называется устройство с перекрестным полем.
  • В клистроне группирование происходит только внутри полости, которая имеет очень маленькую ширину, следовательно, генерирует низкую мощность и низкий КПД. Но в магнетроне пространство взаимодействия или пространство группирования расширено, поэтому эффективность может быть увеличена.
  Магнетрон
  • в основном используется в качестве генератора в радиолокационной связи для телеметрии, а также используется в ракетах.

  В: Почему магнетрон называют устройством поперечного поля?

  Ответ: В случае магнетрона и электрическое поле, и магнитное поле перпендикулярны друг другу, поэтому устройство называется устройством с перекрестным полем

  В: Каковы применения ЛБВ?

  Ans:Applications are-

  • Повторитель-усилитель в широкополосной линии связи.
  • Выход спутникового ретранслятора средней и высокой мощности.
  • Работа в качестве CW (непрерывной волны) радара и системы радиолокационных помех

  Программа GATE —

  1. Программа Gate по электронике и технике связи

  Программа IES — 90 004

  1. Программа IES по электронике и телекоммуникациям

  2. Программа IES для общих способностей

  Об авторе: Мамата Кумари Шарма

  « Образец бумаги эквалайзера для Assam JAT »

  Магнетрон, Часть 1: Применение и принципы работы

  Магнетрон с вакуумной трубкой почти устарел (за исключением миллионов в бытовых микроволновых печах). Его разработка сыграла ключевую роль в создании высокоэффективных радаров времен Второй мировой войны, а также привела к созданию других радиочастотных/микроволновых ламповых устройств.

  Вакуумные лампы — это вчерашний день, не так ли? Они устарели и вытеснены твердотельными устройствами по многим причинам, за исключением некоторых узкоспециализированных приложений, таких как некоторые радиолокационные передатчики. Точно так же почтенная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая десятилетиями использовалась в домашних телевизорах, осциллографах, пользовательских консолях, мониторах и всех видах дисплеев, была заменена устройствами с плоским экраном 9.0004

  Конечно, ЭЛТ ушли в прошлое, но все еще есть одна вакуумная лампа, которая широко используется в определенных приложениях, хотя во многих других она в значительной степени устарела. Как же так? Если у вас на кухне есть микроволновая печь, у вас дома есть вакуумная трубка, называемая магнетроном. Тем не менее, это скромное, скромное действующее устройство, по мнению многих экспертов и историков, также изменило ход Второй мировой войны.

  В: Что такое магнетрон?

  О: Магнетрон — это специальная электровакуумная лампа, которая выполняет одну функцию: это источник генератора мощности для частот от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц. В зависимости от размера и других факторов он может производить от десятков и сотен ватт до киловатт.

  В: Зачем вообще изучать это уникальное и несколько устаревшее устройство?

  О: Есть как минимум три причины: он все еще широко используется, и каждый год производятся миллионы; большие используются для радиолокационных и радиовещательных операций; и он научил ученых и инженеров электронным устройствам, которые используют электромагнитные принципы и сочетают электрические и магнитные поля РЧ, и многое другое, что привело к созданию важных РЧ / микроволновых устройств, таких как лампа бегущей волны (ЛБВ).

  В: Каков физический принцип и основное устройство магнетрона?

  A: В отличие от генератора, построенного на основе резонансного контура, состоящего из дискретных катушек индуктивности и конденсаторов, магнетрон использует уникальную физическую структуру в сочетании с комбинацией электрических полей, движения электронов и магнитных полей в ограниченной металлической полости. Хотя магнетрон представляет собой вакуумную трубку, он сильно отличается от обычной вакуумной трубки, в которой используются электроны, испускаемые нагретым катодом и движущиеся по прямой линии к положительно заряженному аноду, при этом траектория их движения модулируется электрическим полем промежуточная сетка.

  Обычная электровакуумная лампа не имеет магнитных свойств. Напротив, магнетрон представляет собой устройство «скрещенного поля», в котором электрическое поле используется в сочетании с магнитным полем, а их линии энергии поля расположены под прямым углом друг к другу. (Название «магнетрон» представляет собой сочетание слов «магнитный» и «электронный»).

  В: Как работает магнетрон?

  A: Анализ магнетрона может варьироваться от качественного объяснения до высокотехнического анализа с использованием передовой теории электромагнитного поля и математики. Мы будем использовать более качественный подход.

  В: Каково физическое устройство магнетрона?

  Рис. 1: В ламповом магнетроне используются резонансные полости в его аноде, в которые электроны, испускаемые нагретым катодом, направляются мощным постоянным магнитным полем под прямым углом. (Изображение: Гиперфизика/Государственный университет Джорджии)

  A: Базовый, первый магнетрон — и, конечно, существует множество вариаций — использовал сплошной блок меди (для отвода тепла), в котором были просверлены отверстия (называемые полостями) (рис. 1). . Размер этих полостей имеет решающее значение для установления рабочей частоты магнетрона. Эта физическая конструкция и устройство радикально отличаются от вакуумной трубки со стеклянной оболочкой, которая использовалась в попытке эффективно генерировать короткие волны и высокие частоты, необходимые для радиочастотных / микроволновых конструкций (1 ГГц = 1000 МГц = 0,3 метра = 30 см). .

  В: Как это устройство работает при включении питания?

  A: Катод в центре (нагреваемый нитью накаливания) испускает электроны так же, как катод стеклянной вакуумной трубки, но на этом их сходство заканчивается. Эти электроны обычно притягиваются к внешнему кольцу в качестве анода и движутся в виде радиальных спиц, которые заряжены положительно (как пластина трубки). Однако существует мощное статическое магнитное поле (синие линии), направленное вдоль оси сердечника магнетрона. Это поле заставляет электроны двигаться по круговой схеме к внешнему кольцу (красные линии). Магнитное поле изначально создавалось электромагнитами, но по мере того, как несколько лет спустя были разработаны более мощные постоянные магниты, вместо них использовались именно они.

  В: Кажется, что все, что было сделано, это смещение статического электрического потока, и нет никаких колебаний — так как же магнетрон производит колебания?

  А: Магнитное поле отклоняет электроны, и они «несутся» по кругу. При этом они «качают» на естественной резонансной частоте полостей. Результирующий ток вокруг полостей заставляет их излучать электромагнитную энергию на резонансной частоте полостей.

  В: Это все? Как можно использовать эту резонансную энергию?

  A: С точки зрения физики, работа совершается электронами, и они поглощают энергию от источника питания, подаваемого на анод. Электроны продолжают двигаться и достигают энергетического уровня, при котором возникает избыточный отрицательный заряд, и этот заряд выталкивается обратно в полость. Это, в свою очередь, сообщает энергию колебаниям на собственной частоте полости (накачке). Резонатор аналогичен резонансному LC-аккумулятору: положительно заряженное поле расположено вдоль одного края открытой стороны резонатора, а отрицательно заряженное поле направлено вдоль другого края, так что выделенный ряд работает как конденсатор с вакуумом. зазор для интервала.

  В: Как энергия колебаний извлекается из полости магнетрона и используется в системе?

  A: Коаксиальная муфта с зондом точного размера вставляется боком в одну полость для захвата энергии блока, Рисунок 2 ; он функционирует как приемная антенна для электромагнитной энергии.

  Рис. 2: Согласованный по частоте зонд вставляется в отверстие в одной из полостей для перехвата и извлечения колебательной радиочастотной энергии в магнетроне.