Как устроен магнетрон микроволновки: Как устроен магнетрон микроволновки

Содержание

Что такое магнетрон, принцип его работы

Микроволновую печь в наше время можно встретить практически на каждой кухне. Однако не многие знают, как она работает, и что такое магнетрон. Чтобы понять, что представляют собой микроволны и как они образуются, необходимо разобраться с устройством этого прибора.

Как выглядит магнетрон

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.

Видео: что такое магнетрон

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.

Упрощенная схема работы магнетрона

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.

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.

Видео: как работает магнетрон

Основные преимущества магнетронов

Поскольку рабочие частоты микроволновых излучателей на несколько порядков ниже инфракрасных или световых источников, глубина проникновения излучаемых ими волн существенно выше. При высоких значениях частот объект, подвергающийся обработке, нагревается только снаружи, а остальной объем прогревается за счет процесса теплопроводности, что ведет к ухудшению качественных характеристик.

Использование микроволн предпочтительнее теплового излучения, когда требуется быстрый разогрев, варка или сушка продуктов. Использование магнетрона не влияет на их вкусовые характеристики и внешний вид, а содержание витаминов и других полезных веществ практически не изменяется.

Применение микроволновых печей помогает снизить затраты на электроэнергию. Это объясняется следующими преимуществами СВЧ-технологий:

  • точная регулировка температуры;
  • высокая плотность энергии и мощности;
  • хорошая фокусировка;
  • мгновенное отключение и включение.

Магнетрон

Возможные неисправности магнетрона и его замена

Поскольку магнетрон является основной деталью СВЧ-печи, необходимо знать основные причины его выхода из строя. Существует несколько видов поломок излучателя, после которых он не подлежит восстановлению:

  • короткое замыкание;
  • повреждение нити накаливания;
  • нарушение герметичности;
  • отсутствие генерации колебаний.

В некоторых случаях магнетрон можно вернуть в рабочее состояние. Например, можно устранить пробой конденсаторов на участке между корпусом и магнитным излучателем. Такое может произойти во время перепадов напряжения в сети. Для диагностики прибора необходимо отключить прибор от сети и провести проверку с помощью специального тестера.

Если СВЧ-печь долгое время работала без продуктов, ее мощность может значительно снизиться. Для ее восстановления можно добавить напряжение на накал. Однако конструкция некоторых микроволновых печей не позволяет этого сделать.

При возникновении СВЧ-разряда между корпусом микроволновой печи и излучателем, необходима срочная замена колпачка. Новая деталь должна быть абсолютно идентична сгоревшей.

Если восстановить вышедший из строя магнетрон не удалось, то его можно заменить. Перед покупкой нового излучателя необходимо внимательно изучить маркировку и технические характеристики устройства.

Видео: устройство и принцип работы микроволновой печи

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 14 чел.
Средний рейтинг: 4.6 из 5.

Устройство магнетрона микроволновой печи: принцип работы

Легко управлять микроволновкой сегодня может даже ребенок. Она стала привычной и надежной помощницей. И при этом очень редко задумываемся, каким образом пища разогревается за считаные минуты. А происходит это, благодаря микроволнам, которые производит магнетрон. Разберемся, каким образом прибор работает.

Содержание статьи

Что такое магнетрон в СВЧ

Магнетрон — это главная деталь микроволновой печи . Его неслучайно называют сердцем агрегата. СВЧ исправно выполняет свои функции только при исправном магнетроне.Основная задача детали — создание электромагнитных полей. Возможность руководить их возникновением была установлена почти 100 лет назад.

Справка. В 1921 году физик из США А.Халл в процессе проводимых опытов и экспериментов обнаружил возможность изменять массу электронов.

Он же ввел в употребление само название магнетрона. Но высокочастотные электромагнитные волны были открыты тремя годами позже, в 1924 г. С этого времени ученые не только изучили СВЧ, но и научились их использовать.

Справка . В микроволновых печах данные генераторы волн используются с 60-х годов XX века.

Как устроен магнетрон в СВЧ


Устройство детали требует минимальных знаний по физике. Поток электронов возникает в пространстве между анодом и катодом.

Анод

В микроволновке для анода используют медь. Из нее выполнена оболочка цилиндра. Внутри он полый. Стенка цилиндра толстая, ее внутренняя поверхность неровная. В разрезе анод выглядит как окружность, по всей длине которой расположены небольшие полукольца.

Они необходимы для создания дополнительного резонанса. Воздуха внутри анода нет, там создано вакуумное пространство. Чтобы создаваемые СВЧ волны не оставались внутри, в одном из полуколец-резонаторов имеется специальный выход.

Катод

Через центр анода проложен катод. Для него воспользовались нитью накаливания. Для ее подогрева предусмотрены провода. Они соединяют катод с источником подогрева.

Важно! Анод и катод размещают в специальном блоке, который содержит магниты.

Принцип работы магнетрона


Итак, теперь мы знаем, что в главной детали СВЧ взаимодействуют 2 разных поля .

  • Первое из них — электронное . При включении прибора и подаче напряжения у катода появляются электроны, которые движутся к положительному полюсу — к аноду.
  • Второе поле — магнитное . Оно воздействует на частицы и возвращает их назад, к катоду.

После того как электроны образуют кольцо, внутри магнетрона возникает заряд. Причем количество зарядов увеличивается, так как в каждом полукольце-резонаторе образуются дополнительные электронные кольца. Это становится причиной возникновения высокочастотных колебаний. Таким образом, волновое поле сверхвысоких частот появляется в результате взаимодействия электронного и магнитного полей. Возникающие при этом микроволны и выполняют обработку продуктов.

Подпишитесь на наши Социальные сети

Как работает микроволновка | Микроволновые печи | Блог

 
Приготовление и разогрев пищи в микроволновой печи уже давно не вызывает вау-эффекта. Но вот как работает этот кухонный девайс, знает далеко не каждый. Это в свою очередь рождает множество мифов и кривотолков. В данном материале рассмотрим, как устроена микроволновка и как ее безопасно использовать.

Теория нагрева в СВЧ-печи

Как известно, полярные молекулы (иначе называемые диполями) ориентируются в пространстве вдоль силовых линий магнитного поля. Если такую молекулу поместить в переменное магнитное поле, она, обладая дипольным моментом, начнет поворачиваться, следуя за его магнитными линиями. Чем выше частота смены направления силовыми линиями поля, тем чаще молекула будет менять свое положение.

Ярким представителем диполя является молекула воды, самого распространенного на Земле вещества. Приложение переменного магнитного поля к молекулам воды заставляет их находиться в постоянном движении, обусловленным дипольным моментом. Из-за сил трения, возникающих между соседними молекулами, выделяется тепло и, соответственно, повышается температура материала, помещенного в электромагнитное поле. Причем чем быстрее и чаще меняется направление поля, тем быстрее происходит внутренний нагрев. Такое поведение молекулы воды является основополагающим принципом готовки в микроволновой печи.

Любой продукт содержит то или иное количество воды, поэтому если поместить его под действие электромагнитных волн, это гарантированно вызовет его нагрев. Причем продукт нагревается изнутри, а не снаружи, как это происходит при традиционных способах готовки. СВЧ-волны проникают вглубь продукта примерно на 2,5-3 см, а остальной нагрев происходит за счет теплового движения молекул.

Чтобы разогреть продукты, их подвергают воздействию электромагнитных волн, меняющих направление своих электромагнитных полей с высокой частотой.

Общепринятым стандартом частоты электромагнитного поля в СВЧ-печах является значение 2,45 ГГц.

Основной миф о микроволновках гласит, что молекула воды начинает менять свое положение лишь на частоте 2,45 ГГц. На самом деле это не так. Движение молекул воды возможно в более широком спектре частот. Причем чем ниже частота, тем глубже радиоволны проникают в толщу материала. Некоторые промышленные образцы микроволновок успешно работают на частоте 915 МГц.

Используемая частота радиоволн — определенный компромисс между эффективностью, стоимостью и повсеместной доступностью технологии. Во-первых, возможность использовать микроволновку должна быть везде, а значит, частота ее волн должна находиться в разрешенном радиочастотном диапазоне. Во-вторых, конечное изделие не должно иметь высокую стоимость, чтобы быть по карману большинству. В-третьих, прибор для приготовления должен быть достаточно компактным и иметь небольшой вес.

Устройство и принцип действия микроволновки

СВЧ-печь состоит из небольшого количества узлов и компонентов. В ее состав входят:

  • магнетрон;
  • волновод;
  • рабочая камера;
  • источник питания высокочастотного излучателя;
  • вентилятор охлаждения магнетрона;
  • плата управления микроволновкой;
  • механизм вращения тарелки.

Главную скрипку в работе микроволновки играет магнетрон — узел, генерирующий радиоволны высокой частоты.

Пытаясь вникнуть в суть работы магнетрона, так и хочется воскликнуть словами известного интернет-мема: «Ничего не понятно, но очень интересно!» На самом деле это так, только если подходить к вопросу, что называется, академически. Упрощенно работу электромагнитного излучателя можно описать следующим образом.

Конструктивно, магнетрон — это вакуумная электролампа, известная еще со времен дедовских телевизоров и радиоприемников. Узел состоит из толстостенного анода, как правило, выполненного из медного сплава и имеющего в своей конструкции камеры резонаторов, а также катода с дополнительной обмоткой, изготовленной из сплава вольфрама и тория. Катод осуществляет эмиссию электронов в вакуумную среду устройства. Для ускорения процесса отделения электронов с поверхности катода, обмотка нагревается путем подачи на нее небольшого напряжения. Колба магнетрона с обоих торцов заключена в постоянные магниты, создающие внутри нее постоянное магнитное поле.

Возникновение волн сверхвысокой частоты происходит при взаимодействии перпендикулярных друг другу постоянного магнитного поля, сформированного постоянными магнитами, и переменного электромагнитного поля, возникающего при подаче высокого напряжения на выводы магнетрона. Для питания излучателя СВЧ-волн используется высокое напряжение, величина которого составляет порядка 4000 В.

В кольцевом промежутке между катодом и анодом, иначе называемым пространством взаимодействия, происходит формирование потока электронов и их круговое вращение внутри воздушного зазора. Во время прохождения потока электронов мимо полостей резонаторов скорость электронов несколько замедляется. В этот момент происходит отбор энергии из пучка электронов и формирование СВЧ-волн, которые в свою очередь усиливаются в резонаторах и выводятся через проволочную петлю на антенну магнетрона.

Дальнейший путь СВЧ-волн довольно прост. По волноводу они попадают в рабочую камеру печи и поглощаются помещенными в нее продуктами, в результате чего пища нагревается.

Магнетрон, волновод и рабочая камера — замкнутая среда распространения СВЧ-волн, в которой они должны поглощаться. Именно по этой причине в рабочей камере должны находиться продукты, поглощающие энергию волн. Если включить пустую микроволновую печь, волны, отражаясь от стенок камеры, рано или поздно попадут обратно в волновод и на антенну магнетрона, что вызовет искрение внутри печи и станет причиной возможного выхода излучателя из строя.

Работу магнетрона обеспечивает мощный трансформатор, повышающий сетевое напряжение до 2 кВ. Посредством проходного конденсатора, установленного во вторичной обмотке, форма напряжения преобразуется в пульсирующую, удвоенную по величине. Таким образом, на контакты магнетрона поступает напряжение порядка 4 кВ, необходимое для нормальной работы излучателя. Дополнительно на вторичной обмотке трансформатора имеются выводы для питания нити нагрева катода. Напряжение питания схемы подогрева находится в пределах 2,5-4,5 В.

В процессе работы магнетрон выделяет большое количество тепла, которое отводится потоком нагнетаемого вентилятором воздуха. Воздух проходит через пластины радиатора, а затем попадает в рабочую камеру. Его избыток выходит через специальные вентиляционные отверстия.

Для равномерного воздействия микроволн на всю поверхность продуктов, в рабочей камере устанавливается вращающаяся тарелка.

По типу управления работой магнетрона микроволновые печи могут быть трансформаторными (устройство которых рассмотрено выше) или инверторными. Различие конструкций обеих концепций заключается лишь в источнике питания СВЧ-излучателя, а вот логика работы отличается существенно.

Если в классической конструкции мощность СВЧ-излучения регулируется путем периодического включения магнетрона на полную мощность, то при инверторном управлении излучатель остается включенным постоянно, а мощность его излучения регулируется посредством инвертора.

Что это дает конечному потребителю? В первую очередь — большую рабочую камеру. Физические размеры инвертора значительно меньше размеров трансформатора, поэтому высвобождаемое внутреннее пространство печи можно использовать для увеличения полезного объема камеры. Во-вторых, снижение веса. Высоковольтный трансформатор микроволновки — довольно мощный аппарат, вес которого составляет от 3 до 5 кг, что не идет ни в какое сравнение с весом инвертора. В-третьих, улучшение вкусовых качеств готовых блюд. Поскольку излучатель включен постоянно, то исключаются «ударные» нагрузки на молекулы воды в моменты включения магнетрона на полную мощность. Как результат, исключается излишнее высушивание продуктов путем избыточного выпаривания влаги. Это положительно сказывается на конечном вкусе готовых блюд. В-четвертых, снижение мощности в процессе готовки приводит к снижению потребления электроэнергии.

Многие сайты и невежественные продавцы бытовой техники утверждают, что инверторные модели лишены механизма поворотной тарелки, а равномерное приготовление пищи происходит за счет регулировки длины и интенсивности волн инверторным управлением. Это не так! Просто есть модели, в которых магнетрон установлен над или под рабочей камерой. Такое конструктивное решение позволяет выиграть еще несколько десятков кубических сантиметров полезного объема печи.

Безопасное использование микроволновой печи

Чтобы кухонный аппарат долгие годы служил верой и правдой и не требовал вмешательства сервисных служб в свой «внутренний мир», следует соблюдать несколько простых правил:

1. Не включать печь с пустой камерой, без продуктов. Микроволны ничем не поглощаются, поэтому «хлопки» и искрение гарантированы. К тому же это не лучшим образом сказывается на ресурсе магнетрона.

2. Поверхность рабочей камеры следует содержать в чистоте. Остатки продуктов на стенках мало того, что неэстетичны, но и содержат воду, поэтому при работе печи будут поглощать микроволны. В конечном итоге это приведет к порче покрытия стенок камеры.

3. Перед приготовлением продуктов, заключенных в какую-либо оболочку с намеком на герметичность (сосиски, сардельки и т. д.), оболочку продукта нужно проколоть в нескольких местах. Это простое действие создаст каналы для выхода пара, который неизбежно будет образовываться внутри продукта во время приготовления. Это позволит продукту сохранить свой первоначальный вид и остаться в тарелке, а не «украшать» своими частями стенки камеры.

Крайне не рекомендуется варить в СВЧ-печи яйца. Из-за повышения давления внутри скорлупы, взрыв гарантирован. Если уж так сильно хочется отварить яйцо посредством микроволн, то нужно как минимум проколоть скорлупу или срезать верхушку. А лучше всего воспользоваться специальной яйцеваркой для СВЧ.

4. Нельзя пользоваться СВЧ-печью с неисправной блокировкой дверцы или умышленно ее отключать. Стенки камеры и экранированное стекло дверцы надежно защищают от проникновения микроволн за пределы рабочего пространства печи. Ведь мы помним, что воздействие микроволнового излучения вызывает нагрев тканей, поэтому можно получить глубокие ожоги. Как не стоит использовать магнетрон можно посмотреть в этом коротком видео.

Внимание! Такие эксперименты опасны для здоровья!

5. Не нужно помещать в рабочую камеру металлические предметы и посуду, имеющую металлизированную кайму. Дело в том, что микроволны хоть и не поглощаются металлом, но приводят к возникновению в нем вихревых токов больших величин. Не лучшая идея — создать внутри микроволновки подобие сварочного аппарата и испортить внутренние поверхности печи.

6. Нужно всегда помнить, что СВЧ-излучатель питается напряжением порядка 4 кВ. Не стоит проводить самостоятельный ремонт. Риск получения электротравмы очень высок!

Дополнительное оснащение микроволновки

В современных микроволновках еду готовят не только с использованием СВЧ-излучения. Практически все модели оснащают грилем, а более «продвинутые» модели — и режимом конвекции.

Гриль

Существует два типа нагревательных элементов, служащих для создания румяной корочки у готового блюда или полноценной готовки в этом режиме. Это может быть обычный ТЭН или кварцевый излучатель.

Приготовление еды происходит от воздействия теплового (либо инфракрасного) излучения, создаваемого нагревательным элементом. Нагреватели имеют небольшую мощность, поэтому приготовление блюд только ими довольно сомнительно и занимает много времени. А вот в качестве подспорья микроволнам — вполне рабочий вариант. Кулинарные шедевры, приготовленные в комбинированном режиме «СВЧ + Гриль», получаются с хорошо пропеченной корочкой снаружи и сочными внутри.

Конвекция

Для режима «Конвекция» в камеру СВЧ-печи дополнительно устанавливают вентилятор, обеспечивающий принудительную вентиляцию горячего воздуха. В этом режиме блюдо гарантированно пропекается со всех сторон.

В режиме конвекции отлично удается запекать продукты (рагу, запеканки, тушеное мясо и т. д.), особенно хорошо выходит выпечка (пироги, безе, кексы и многое другое).

Важно помнить! Комбинированные режимы самые энергозатратные. Потребление электроэнергии может составить до 2,5 кВт*ч, поэтому следует удостовериться, что проводка выдержит такую нагрузку.

Магнетрон устройство и принцип работы

Как работает микроволновка — принцип работы СВЧ и магнетрона

Микроволновая печь, более известная как микроволновка – полезный кухонный прибор, который в разы упрощает повседневную жизнь. Имея ее в своем арсенале, не придется подолгу возиться на кухне, подогревая пищу. Микроволновую печь еще называют СВЧ-печью.

Задача этого бытового электроприбора – быстрое приготовление или быстрый подогрев приготовленной пищи, размораживание продуктов. Если сравнивать с классической печью, например, духовкой, микроволновка разогревает продукты не с поверхности, а по всему объему.

Микроволны, глубоко проникая практически в любую пищу, в разы сокращают время разогрева. В статье пойдет речь о принципе работы и устройстве этой техники, незаменимой на кухне.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Панель управления бывает:

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.

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.

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.

Системы основной и вторичной защиты

Контрольные датчики следят за тем, чтобы ключевые электронные и аппаратные части работали исправно, а не в аварийном режиме. Их функция – обеспечение безаварийной работы микроволновой печи и предотвращение опасных сбоев.

Чтобы защитить человека от воздействия микроволн, в СВЧ-печах есть запорный механизм, состоящих из нескольких выключателей:

  • Primary Switch;
  • Secondary Switch;
  • Door Switch;
  • Monitor Switch.

Задача дверного (door) выключателя – блокировать работу реле регулировки мощности. Устанавливается он преимущественно в технике с электронным блоком управления.

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.

Что такое магнетрон

Магнетрон в микроволновке – это элемент, генерирующий высокочастотное излучение в рабочей камере. Излучаемые электромагнитные волны воздействуют на молекулы, содержащиеся в пище, из-за чего она разогревается. То есть для подогрева не требуется внешнее тепловое воздействие.

Именно по этой причине температура в микроволновках не превышает отметку в +100 градусов Цельсия. Магнетрон – основная деталь, которая иногда выходит из строя. Ее можно заменить на новую, но для этого учитывается полная совместимость по мощности, частоте, расположению клемм.

Принцип работы магнетрона

Микроволновая печь работает так: она преобразует электроэнергию в высокочастотное электромагнитное излучение. В результате, молекулы воды, содержащиеся в пище, начинают «двигаться», что приводит к разогреву. Устройство, генерирующее микроволны, называется магнетроном.

Нередко магнетрон сравнивают с электровакуумным диодом, который работает за счет явления термоэлектронной эмиссии. Явление образуется, если нагревается поверхность катода или эмиттера.

Высокая температура «вынуждает» активные электроны покинуть поверхность. Но для этого на анод должно подаваться напряжение.

Образуемое электрическое поле приводит электроды в движение, которые по силовым линиям направляются к аноду. Электрон, оказавшийся в области магнитного поля, меняет свою траекторию.

Их траектория нарушается, и они начинают вращаться вокруг катода. Электроны, проходящие около резонаторов, отдают им часть собственной энергии (взаимозаменяемость). В результате в полости образуется мощное сверхвысокочастотное поле, выводимое наружу посредством проволочной петли.

Магнетрон «запускается», когда на анод подается высокое напряжение – 3000 – 4000 В. По этой причине в бытовых электросетях магнетрон должен подключаться через высоковольтный трансформатор.

Устройство магнетрона

Магнетрон – элемент, ответственный за генерацию высокочастотных колебаний. Есть устройства с похожим принципом действия – клистроны и платинотроны, но они не получили должного распространения.

Впервые магнетрон задействовали в СВЧ-печи в 1960 году. Сейчас используется многорезонаторный элемент. Его компоненты и их описания:

  • анод. Цилиндр из меди, состоящий из нескольких секторов. В нем есть полости-резонаторы, которые создают кольцевую систему колебаний;
  • катод. Цилиндр с нитью накаливания, расположенный в центре магнетрона. Эта часть ответственна за эмиссию электронов;
  • кольцевые магниты. Расположены на торцах печи. Они создают магнитное поле, направленное параллельно они магнетрона. Электроны движутся в том же направлении;
  • проволочная петля. Находится в резонаторе, соединяется с катодом и выводится к антенне-излучателю. Задача петли – вывод высокочастотного излучения в волновод. Оттуда оно поступает в рабочую камеру микроволновки.

Подключение магнетрона

Схема включения – однополупериодное выпрямление высоковольтного напряжения. Выход трансформатора работает в режиме короткого замыкания выходной обмотки (не дольше 5 минут).

Испорченный магнетрон нет смысла нести в ремонт – даже хорошо оснащенные мастерские этим не занимаются. Поэтому приобретают новую деталь.

Извлекая ее из микроволновки, помечают контакты разъемов, чтобы не перепутать их при переустановке. При неправильном подключении выводов магнетрон работать не будет.

Но подойдет аналогичная деталь. Мощность выбирается та же или выше, крепления и разъемы подключения должны совпадать.

Независимо от производителя, магнетроны имеют единое устройство, отличается только конструкция. Поэтому, заменяя деталь, нужно убедиться, что аналог плотно прилегает к волноводу.

Благодаря серийному изготовлению СВЧ блоков микроволновка становится простой, но полезной в условиях кухни техникой, которая в разы облегчает процедуру приготовления или разогрева пищи. Обслуживать ее легко, а конструкция не предполагает незаменимых деталей, что повышает надежность. Бытует мнение, что излучения от микроволн – вредны, но это не более чем миф.

Магнетроны. Устройство и работа. Виды и применение. Как выбрать

Магнетроны называются электронные приборы, в которых образуются колебания сверхвысокой частоты при помощи модуляции потока электронов. Магнитные и электрические поля в нем действуют с большой силой. Наиболее распространенная модификация магнетрона – это многорезонаторный.

Впервые магнетрон был создан в Америке в 1921 году. С течением времени эксперименты с ним продолжались. В результате появилось множество видов магнетронов, использующихся в радиоэлектронике. В 1960 году приборы стали использоваться в печах сверхвысокой частоты для домашнего применения. Менее распространены клистроны, платинотроны, которые основаны на этом же принципе действия.

Устройство и принцип работы

1 — Анод
2 — Катод
3 — Накал
4 — Резонансная полость
5 — Антенна

Магнетроны резонансного типа состоят из:
  • Анодный блок . Представляет собой толстостенный металлический цилиндр с полостями в стенках. Эти полости являются объемными резонаторами, которые создают колебательную кольцевую систему.
  • Катод . Он имеет цилиндрическую форму. Внутри него размещен подогреватель.
  • Внешние электромагниты или постоянные магниты . Они создают магнитное поле, которое параллельно оси прибора.
  • Проволочная петля . Она применяется для вывода сверхвысоких частот, и закреплена в резонаторе.

Резонаторы создают кольцевую систему колебаний. Возле них пучки электронов воздействуют на электромагнитные волны. Так как эта система выполнена замкнутой, то она способна возбудиться только на определенных частотах колебаний. При нахождении рядом с рабочей частотой других частот, случается перескакивание частоты и нарушается стабильность работы устройства.

Чтобы исключить такие отрицательные эффекты магнетроны с одинаковыми резонаторами оснащаются разными связками, либо используются магнетроны с отличающимися размерами резонаторов.

Магнетроны разделяют по виду резонаторов:

  • Лопаточные.
  • Щель-отверстие.
  • Щелевые.

В магнетронах применяется движение электронов в перпендикулярных магнитных и электрических полях, созданных в зазоре кольца между анодом и катодом. Между ними подается напряжение (анодное), которое образует радиальное электрическое поле. Под воздействием этого поля электроны вырываются из нагретого катода и устремляются к аноду.

Анодный блок находится между полюсов магнита, образующего магнитное поле, которое направлено вдоль оси магнетрона. Магнитное поле действует на электрон и отклоняет его на спиральную траекторию. В промежутке между анодом и катодом создается вращательное облако, похожее на колесо со спицами. Электроны возбуждают в объемных резонаторах колебания высокой частоты.

Отдельно каждый резонатор является колебательной системой. Магнитное поле концентрируется внутри полости, а электрическое поле сосредоточено у щелей. Энергия выводится из магнетрона с помощью индуктивной петли. Она размещена в соседних резонаторах. Электроэнергия подключается к нагрузке коаксиальным кабелем.

Нагревание токами высокой частоты производится в волноводах различного сечения, либо в объемных резонаторах. Также нагревание может производиться электромагнитными волнами.

Приборы работают от выпрямленного тока по простой схеме выпрямления. Устройства небольшой мощности способны работать от переменного тока. Рабочая частота тока магнетронов может достигать 100 ГГц, мощностью до нескольких десятков киловатт в постоянном режиме, и до 5 мегаватт в режиме импульсов.

Устройство магнетрона довольно простое. Его стоимость невысока. Поэтому такие качества в сочетании с повышенной эффективностью нагревания и разнообразным использованием высокочастотных токов открывают большие возможности использования в разных сферах жизни.

Основные виды магнетронов
  • Многорезонаторные устройства . Они содержат анодные блоки с несколькими резонаторами. Блоки состоят из различного вида резонаторов. В диапазоне 10 см длины волны магнетрон обладает КПД 30%. Выход излучения высокой частоты осуществляется сбоку в щель резонатора.
  • Обращенные устройства . Они бывают двух исполнений: коаксиальные и обычные. Такие магнетроны способны выдать импульсы высокой частоты 700 наносекунд с энергией 250 джоулей. Коаксиальный вид магнетрона содержит стабилизирующий резонатор. В нем имеются отверстия во внешней стенке, а также ферритовые стержни с подмагничивающими катушками.
Сфера использования магнетронов
  • В устройствах радаров антенна подключена к волноводу. Она, по сути, является щелевым волноводом, или рупорным коническим облучателем вместе с отражателем в виде параболы (тарелка). Управление магнетрона осуществляется с помощью коротких мощных импульсов напряжения. В итоге образуется короткий импульс энергии с малой длиной волны. Малая часть такой энергии поступает снова на антенну и волновод, и далее к чувствительному приемнику. Сигнал обрабатывается и поступает на электронно-лучевую трубку на экран радара.
  • В бытовых микроволновых печах волновод имеет отверстие, которое не создает препятствие радиочастотным волнам в рабочей камере. Важным условием работы микроволновки является условие, чтобы при работе печи в камере находились какие-либо продукты. При этом микроволны поглощаются продуктами, и не возвращаются на волновод. Стоячие волны в микроволновой печи могут искрить. При долгом искрении магнетрон может выйти из строя. Если в микроволновке мало продуктов для приготовления, то лучше дополнительно поместить в камеру стакан с водой для лучшего поглощения волн.

1 — Магнетрон
2 — Высоковольтный конденсатор
3 — Высоковольтный диод
4 — Защита
5 — Высоковольтный трансформатор

  • В радиолокационных станциях используются коаксиальные магнетроны с быстрым изменением частоты. Это позволяет расширить тактико-технические свойства локаторов.
Выбор и приобретение магнетрона

Чтобы самому приобрести магнетрон для домашней микроволновой печи, необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры.

Наиболее малую мощность имеет магнетрон 2М 213. Его мощность составляет 700 ватт при нагрузке и 600 ватт номинальная.

Приборы средней мощности в основном изготавливают на 1000 ватт. Марка такого магнетрона – 2М 214.

Наибольшая мощность магнетрона у модели 2М 246.

Показатель мощности у них равен 1150 ватт. Перед приобретением необходимо сопоставить цену магнетрона со стоимостью всей печи, и не забыть о стоимости работ по ремонту. Возможно, что не будет смысла в ремонте.

Можно ли магнетрон заменить самостоятельно

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.

Работа микроволновки

Пища имеет в составе воду, которая состоит из заряженных частиц. Продукты в микроволновой печи разогреваются посредством воздействия на них волн высокой частоты. Молекулы воды выступают в качестве диполя, так как проводят волны электрического поля.

Как работает магнетрон, как он выглядит, его предназначение

Микроволновую печь в наше время можно встретить практически на каждой кухне. Однако не многие знают, как она работает, и что такое магнетрон. Чтобы понять, что представляют собой микроволны и как они образуются, необходимо разобраться с устройством этого прибора.


Как выглядит магнетрон

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.

Видео: что такое магнетрон

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.


Упрощенная схема работы магнетрона

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.

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.

Видео: как работает магнетрон

Основные преимущества магнетронов

Поскольку рабочие частоты микроволновых излучателей на несколько порядков ниже инфракрасных или световых источников, глубина проникновения излучаемых ими волн существенно выше. При высоких значениях частот объект, подвергающийся обработке, нагревается только снаружи, а остальной объем прогревается за счет процесса теплопроводности, что ведет к ухудшению качественных характеристик.

Использование микроволн предпочтительнее теплового излучения, когда требуется быстрый разогрев, варка или сушка продуктов. Использование магнетрона не влияет на их вкусовые характеристики и внешний вид, а содержание витаминов и других полезных веществ практически не изменяется.

Применение микроволновых печей помогает снизить затраты на электроэнергию. Это объясняется следующими преимуществами СВЧ-технологий:

  • точная регулировка температуры;
  • высокая плотность энергии и мощности;
  • хорошая фокусировка;
  • мгновенное отключение и включение.


Магнетрон

Возможные неисправности магнетрона и его замена

Поскольку магнетрон является основной деталью СВЧ-печи, необходимо знать основные причины его выхода из строя. Существует несколько видов поломок излучателя, после которых он не подлежит восстановлению:

  • короткое замыкание;
  • повреждение нити накаливания;
  • нарушение герметичности;
  • отсутствие генерации колебаний.

В некоторых случаях магнетрон можно вернуть в рабочее состояние. Например, можно устранить пробой конденсаторов на участке между корпусом и магнитным излучателем. Такое может произойти во время перепадов напряжения в сети. Для диагностики прибора необходимо отключить прибор от сети и провести проверку с помощью специального тестера.

Если СВЧ-печь долгое время работала без продуктов, ее мощность может значительно снизиться. Для ее восстановления можно добавить напряжение на накал. Однако конструкция некоторых микроволновых печей не позволяет этого сделать.

При возникновении СВЧ-разряда между корпусом микроволновой печи и излучателем, необходима срочная замена колпачка. Новая деталь должна быть абсолютно идентична сгоревшей.

Если восстановить вышедший из строя магнетрон не удалось, то его можно заменить. Перед покупкой нового излучателя необходимо внимательно изучить маркировку и технические характеристики устройства.

Видео: устройство и принцип работы микроволновой печи


Магнетрон устройство и принцип работы

Термин «магнетрон» был предложен Альбертом Халлом, 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.

Действующие магнетронные генераторы радиоволн были созданы независимо и почти одновременно в трех странах: в Чехословакии (Жачек, 1924 г.), в СССР (А.А. Слуцкин и Д.С. Штейнберг, 1925 г.), в Японии (Окабе и Яги, 1927 г.).

Французский ученый Морис Понт с сотрудниками из парижской фирмы «КСФ» в 1935 году создали электронную лампу с вольфрамовым катодом, окруженным резонаторными анодными сегментами. Она была предшественницей магнетронов с резонаторными камерами.

Конструкция многорезонаторного магнетрона Алексеева — Малярова, обеспечивающего 300-ваттное излучение на волне 10 сантиметров, созданного в 1936-39 гг., стала известна мировому сообществу благодаря публикации 1940 г. (Alexeev Н. F., Malyarov Д. Е. Getting powerful vibrations of magnetrons in centimeter wavelength range // Magazine of Technical Physics. 1940. Vol. 10. No. 15, P. 1297—1300.)

Своим появлением на свет многорезонаторный магнетрон Алексеева — Малярова обязан радиолокации. Работы по радиолокации были развернуты в СССР почти одновременно с началом радиолокационных работ в Англии и США. По признанию зарубежных авторов, к началу 1934 года СССР продвинулся в этих работах более, чем США и Англия. (Brown, Louis. A Radar History of World War II . Technical and Military Imperatives. Bristol: Institute of Physics Publishing, 1999. ISBN 0-7503-0659-9.)

В 1940 британские физики Джон Рэндалл (англ. John Randall ) и Гарри Бут (англ. Harry Boot ) изобрели резонансный магнетрон [1] Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты [2] . Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры [3] , что позволило устанавливать ее на самолетах [4] .

Явление перестройки частоты магнетрона напряжением впервые обнаружили в 1949 американские инженеры Д. Уилбур и Ф. Питерс. Магнетрон, настраиваемый напряжением, или митрон — генераторный прибор магнетронного типа, рабочая частота которого в широком диапазоне изменяется пропорционально анодному напряжению.

Начиная с 1960-х годов магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования.

Характеристики

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 %).

Магнетроны бывают как неперестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в секунду) — ротационные и вибрационные механизмы.

Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Конструкция

Резонансный магнетрон состоит из анодного блока, который представляет собой, как правило, металлический толстостенный цилиндр с прорезанными в стенках полостями, выполняющими роль объёмных резонаторов. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему. К анодному блоку закрепляется цилиндрический катод. Внутри катода закреплён подогреватель. Магнитное поле, параллельное оси прибора, создаётся внешними магнитами или электромагнитом.

Для вывода СВЧ энергии используется, как правило, проволочная петля, закреплённая в одном из резонаторов, или отверстие из резонатора наружу цилиндра.

Резонаторы магнетрона образуют кольцевую колебательную систему, около них происходит взаимодействие пучка электронов и электромагнитной волны. Поскольку эта система в результате кольцевой конструкции замкнута сама на себя, то её можно возбудить лишь на определённых видах колебаний, из которых важное значение имеет π-вид. Такая система имеет не одну, а несколько резонансных частот, при которых на кольцевой колебательной системе укладывается целое число стоячих волн от 1 до N/2 (N — число резонаторов). Наиболее выгодным является вид колебаний, при котором число полуволн равно числу резонаторов (так называемый π-вид колебаний). Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на π.

Для стабильной работы магнетрона (во избежание перескоков во время работы на другие виды колебаний, сопровождающиеся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебательной системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10 %). Так как в магнетроне с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной, её увеличивают либо введением связок в виде металлических колец, одно из которых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока, либо применением разнорезонаторной колебательной системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные — другой).

Отдельные модели магнетронов могут иметь различную конструкцию. Так, резонаторная система выполняется в виде резонаторов нескольких типов: щель-отверстие, лопаточных, щелевых и т. д.

Принцип работы

Электроны эмиттируются из катода в пространство взаимодействия, где на них воздействует постоянное электрическое поле анод-катод, постоянное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Если бы не было поля электромагнитной волны, электроны бы двигались в скрещённых электрическом и магнитном полях по сравнительно простым кривым: эпициклоидам (кривая, которую описывает точка на круге, катящемся по наружной поверхности окружности большего диаметра, в конкретном случае — по наружной поверхности катода). При достаточно высоком магнитном поле (параллельном оси магнетрона) электрон, движущийся по этой кривой, не может достичь анода (по причине действия на него со стороны этого магнитного поля силы Лоренца), при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода. В режиме магнитного запирания некоторая часть электронов движется по эпициклоидам в пространстве анод-катод. Под действием собственного поля электронов, а также статистических эффектов (дробовой шум) в этом электронном облаке возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются резонаторами. Электрическое поле возникшей электромагнитной волны может замедлять или ускорять электроны. Если электрон ускоряется полем волны, то радиус его циклотронного движения уменьшается и он отклоняется в направлении катода. При этом энергия передаётся от волны к электрону. Если же электрон тормозится полем волны, то его энергия передаётся волне, при этом циклотронный радиус электрона увеличивается и он получает возможность достигнуть анода. Поскольку электрическое поле анод-катод совершает положительную работу только если электрон достигает анода, энергия всегда передаётся в основном от электронов к электромагнитной волне. Однако, если скорость вращения электронов вокруг катода не будет совпадать с фазовой скоростью электромагнитной волны, один и тот же электрон будет попеременно ускоряться и тормозиться волной, в результате эффективность передачи энергии волне будет небольшой. Если средняя скорость вращения электрона вокруг катода совпадает с фазовой скоростью волны, электрон может находиться непрерывно в тормозящей области, при этом передача энергии от электрона к волне наиболее эффективна. Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем. Многократное, в течение ряда периодов, взаимодействие электронов с ВЧ-полем и фазовая фокусировка в магнетроне обеспечивают высокий коэффициент полезного действия и возможность получения больших мощностей.

Применение

В радарных устройствах волновод подсоединён к антенне, которая может представлять собой как щелевой волновод, так и конический рупорный облучатель в паре с параболическим отражателем (так называемая «тарелка»). Магнетрон управляется короткими высокоинтенсивными импульсами подаваемого напряжения, в результате чего излучается короткий импульс микроволновой энергии. Небольшая порция этой энергии отражается обратно антенне и волноводу, где она направляется к чувствительному приёмнику. После дальнейшей обработки сигнала он, в конце концов, появляется на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) в виде радарной карты А1.

В микроволновых печах волновод заканчивается отверстием, прозрачным для радиочастот (непосредственно в камере для готовки). Важно, чтобы во время работы печи в ней находились продукты. Тогда микроволны поглощаются вместо того, чтобы отражаться обратно в волновод, где интенсивность стоячих волн может вызвать искрение. Искрение, продолжающееся достаточно долго, может повредить магнетрон. Если в микроволновой печи готовится небольшое количество пищи, лучше поставить в камеру ещё и стакан воды для поглощения микроволн.

yourmicrowell.ru

Работа магнетрона — коротко

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.

Это очень краткое описание работы магнетрона. Для тех, кто хотел бы познакомиться с принципом его действия поближе, даю ссылки на более подробные описания.

Новости нашего магазина

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.

Как работает микроволновая печь: принцип, особенности, режимы

Микромир богат тайнами. Бодро рассуждаем об электронах, не зная в точности, что это такое. Удивителен принцип неопределенности Гейзенберга. Ученые, чем дальше, тем сильней начинают дивиться собственным открытиям. Теория Эйнштейна частью несостоятельна, значит, масса не растет с увеличением скорости, скорость света преодолима. Что недавно доказано экспериментально. Как работает микроволновая печь, если ничего не известно об элементарных частицах кроме непредсказуемости поведения? Попробуем заглянуть в мир удивительных и непонятных явлений.

Принцип действия активной СВЧ печи

Электроны и микроволновые печи

Технические характеристики микроволновых печей различны, в основе лежит общее явление – поглощение энергии электромагнитной волны молекулами воды. Принцип работы микроволновой печи остается прежним. Говорят, что концепция отобрана Америкой у разгромленной фашистской Германии. Пару слов о работе микроволновой печи.

В физике принята двойственная корпускулярно-волновая теория, согласно которой электромагнитная волна ведет себя, как частица. С понижением частоты всплывают эффекты, характерные для морей и рек: сложение волн не количественно, а с учетом фазы, в результате интерференционная картина примет причудливый вид. Свет ведет себя часто подобно частицам. Квант – кусочек света.

Однажды в лаборатории ученые решили проверить: что такое кванты. Взяли специальную пушку, испускающую элементарные частицы. Последовательность опытов:

  1. Из пушки начали обстреливать щель в листе непрозрачного материала, позади поставили чувствительный экран и начали регистрировать интенсивность. Получился отпечаток исходной щели, спроецировавший лучи пушки.

    Микроволны СВЧ

  2. Поместили на удалении друг от друга две щели и стали обстреливать. В результате получилась интерференционная картина. Словно сложились две морские волны, прошедшие через щели волнолома. Максимумы и минимумы плотности потока, на картинке показанные светлыми и темными полосами.
  3. Когда стали пытаться выяснить, через которую щель прошел фотон и поставили два телескопа, картина интерференции пропала.

Ученые выдвинули теории: частица проходит одновременно через обе щели, либо через единственную. В результате электрон словно ударяется сам о себя, образуя картину интерференции. Что касается волновой теории, известно нечто подобное. Стали говорить, что частица «знает» о наблюдении. Нам ближе теория комментатора видео на Ютуб, сказавшего, что телескоп забирает энергию фотона, потому нельзя продемонстрировать волновую картину. Экран не является аналогичным средством измерения, отсюда результат разный.

Магнетрон в микроволновой печи работает за счет упорядоченного (если корректно так говорить) движения электронов. Не видим противоречий в опыте, забавно, что ученые не хотят видеть дальнейших аналогий с волной. В магнетроне микроволновой печи процесс управляется иначе.

Работа микроволновки

Вне зависимости от природы частиц установлено, что в магнитном поле испущенные термокатодом электроны начинают двигаться по кругу. Чтобы создать равномерное распределение напряженности, используется два постоянных магнита по обе стороны шайбообразной рабочей камеры магнетрона.

Внутри царит вакуум, чтобы не создавать помех движению элементарных частиц. В результате придумали сделать нечто наподобие револьверного барабана, где каждая камера соединяется с центральным каналом узкой щелью. Недолго думая, ученые рассчитали размеры и создали резонатор для магнетрона микроволновой печи. В результате, гонимые электричеством и управляемые магнитом, электроны стали порождать колебания разного толка. Но выживала лишь частота резонатора магнетрона микроволновой печи, прочие быстро затухали.

Поданное на катод напряжение 3 кВ со схемной землей на аноде магнетрона микроволновой печи вызывает вращающиеся колебания заданной частоты в камерах. Съем сигнала происходит через специальный штырь в одной из множества. Добавим, что для облегчения электронам процесса покидания поверхности анода пользуются двумя уловками:

  1. С умом выбирают материал катода: вольфрам и торий.
  2. Подают напряжение подогрева (6,3 В 50 Гц) на нить накала.

Подобным образом работает магнетрон микроволновой печи. Заметьте, о природе электронов ничего в точности не известно, физики-теоретики до сих пор бьются над решением задачи, практики уже давно пользуются результатом.

Воздействие волн на пищу

Как используются колебания высокой частоты в микроволновой печи

Колебания покидают магнетрон и немедленно попадают в волновод. Размеры круглого или прямоугольного сечения выбраны так, чтобы затухания оказались наименьшими. Волна, двигаясь под углом к оси волновода и постоянно отражаясь от верхней и нижней стенок, достигает рабочего отсека. Напряженность поля велика, посторонние предметы внутри приведут к возникновению электрических пробоев в виде молний. Исключая описанное, выход волновода в рабочую камеру прикрывается слюдяной тканью, в обиходе, слюдой.

Указанный диэлектрик прозрачен для волн, свободно проходящих в отсек. Размер рабочей камеры печи выбирается, исходя из частоты магнетрона. Но быстро стало замечено: если оставить неподвижное тело греться, температура на разных участках варьируется в широких пределах. Понятно, что людям не нравится факт: первый кусок горячее второго. Объясняется явление наличием стоячих волн. В узлах амплитуда колебания поля равна нулю, на горбах максимальна. В результате получается нечто вроде интерференционной картины.

Объясним происходящее. Энергия передается молекулам воды: атом кислорода, ближе к одному боку прилепились две частички водорода. Получается нечто вроде головы с двумя шишками на боковинах черепа. Электрический отрицательный момент находится в районе основания. Когда полем захватывается эта результирующая, молекула увлекается силовыми линиями. Напряженность волны постоянно меняется, конструкция начинает проворачиваться, заваливаться вперед. Потом назад. Получается неваляшка.

Скорость колебаний чрезвычайно высока.

Магнетрон генерирует на частоте 2,45 ГГц, происходит 2,45 млрд. движений в секунду. Образуется избыточная кинетическая энергия, быстро передаваемая окружающим молекулам. Почему выбрана частота 2,45 ГГц. Чтобы создавать побольше помех сотовым телефонам и домашней сети WiFi? Нет! Просто у любой системы собственная резонансная частота.

Усиленная многократно, волна приводит в негодность здания.

Аналогично происходит с молекулой воды. Есть частоты, не вызывающие колебаний. Район связных на 2,4 ГГц отлично передает энергию пару. Воду в любом агрегатном состоянии нагревает ударно. На факте и основан принцип действия микроволновой печи. Добавим, что эффект стоячей волны блокируется вращающимся столом. Пища постоянно двигается, различные участки попадают попеременно то в минимумы, то в максимумы волны. Что обеспечит равномерный нагрев.

Как реализуются режимы микроволновой печи

Поговорили о генерации, рассказали, как энергия ведет себя внутри рабочей камеры, раскрыли процесс передачи тепла еде. Рассмотрим, как варьируется интенсивность нагрева. Магнетрон не генерирует колебания постоянно, а возбуждается импульсами высоковольтного напряжения. В результате, регулируя скважность или периодичность, добиваются приемлемых режимов.

Инверторные микроволновые печи идут дальше. Стоящий в рабочем отсеке датчик температуры сообщает системе о состоянии пищи, в результате частота следования импульсов гибко регулируется, режим получается максимально плавным. Принцип действия датчика основан на приеме инфракрасных волн: чем выше частота, тем теплее в помещении. Если говорить еще точнее, принимается одна частота, но измеряется интенсивность. С повышением температуры спектр сдвигается вверх. Общая форма является горкой с единственной вершиной. Сам датчик сечет спектр постоянно на одной частоте. Сначала гора чуть наползает подошвой на эту линию, но по мере продвижения вправо больше и больше покрывает место. В результате фиксируется рост интенсивности. Холодная пища в инфракрасном диапазоне не излучает вообще.

Режим инвертора возможно выключить, в результате правильное использование микроволновой печи гарантирует положительный результат, если обрели опыт обращения с оборудованием. Надеемся, рассказ оказался интересен, несмотря на всеобщую неразбериху в физике. Возможно, читатели разгадают загадку наблюдателя и выложат ответ в комментариях. А мы походатайствуем о присвоении аудитории Нобелевской премии перед ответственным комитетом.

Как устроена микроволновая печь | yourmicrowell.ru

Данная статья посвящается тем, кто еще не знает, как устроена микроволновая печь и тем, кому это еще интересно узнать. И так, берем печь, и снимаем кожух (перед этим не забываем выключить микроволновку из сети! поверьте на слово, это очень важно!). Для этого откручиваем три или четыре самореза сзади, слегка приподымаем его за загнутую часть ту, куда были вкручены винты — саморезы и тянем на себя. Все, кожух снят и нашему взору предстает множество всяких штучек и проводов. Большинство этих штучек расположено справа за панелью управления. На рисунке ниже, я попытался обозначить все основные узлы и агрегаты отдельно взятой микроволновой печи.

 

Приведенная в примере печь является, обычной микроволновой печью из не ржавеющей стали, с функциями – микроволны, гриль верхний и гриль нижний. Печь с электронной панелью управления. Пройдемся по списку агрегатов, перечисленных на рисунке, сверху вниз.

  1. Лампа подсветки. Это та самая лампа, которая освещает камеру печи в тот момент, когда вы открываете дверь печи а, так же во время работы печи. Лампа рассчитана на напряжение питания 220в. Мощность 20Вт.
  2. Гриль. На рисунке виден только верхний гриль, который представляет собой два нагревательных элемента соединенных последовательно. Каждый элемент рассчитан на 110 вольт в итоге, два последовательно – 220 вольт.
  3. Термореле магнетрона. Или термопредохранитель – защищает печь от перегрева магнетрона. Если магнетрон нагрелся больше положенного, термопредохранитель рвет цепь питания магнетрона.
  4. Сетевой фильтр. Препятствует проникновению в питающую сеть различных помех создаваемых при работе микроволновой печи.
  5. Магнетрон. Это то, из-за чего «все мы здесь сегодня собрались». Не было бы магнетрона, не было бы и микроволновки и статьи этой тоже, не было бы.  Магнетрон, преобразует напряжение в микроволны, которые выводит в камеру печи. Устройство и принцип действия магнетрона рассмотрим позже более подробно.
  6. Кулер. По нашему — вентилятор. Выполняет две функции: охлаждает магнетрон во время его работы и вентилирует камеру печи. Работает во всех режимах работы микроволновки.
  7. Замок двери. Представляет собой весьма сложную конструкцию. Служит для плотного запирания двери и выполняет функцию блокировки работы печи. При открывании двери во время работы, микроволновка блокируется – прекращает работу автоматически. После закрытия двери нужно нажать кнопку «Старт» и работа возобновится без сброса времени установленного на таймере.
  8. Панель управления. Здесь, «всему голова». Отвечает за своевременное включение – выключение соответствующих агрегатов печи согласно заданной программе.
  9. Высоковольтный трансформатор. Преобразует сетевое напряжение в напряжения необходимые для устойчивой работы магнетрона.
  10.  Высоковольтный предохранитель. Служит для защиты высоковольтного трансформатора от перегрузок, в случае выхода из строя элементов высоковольтного выпрямителя или магнетрона.
  11.  Высоковольтный выпрямитель. Состоит из разделительного конденсатора и выпрямительного диода, которые рассчитаны  на высокое напряжение. Преобразует напряжение переменного тока в постоянное – необходимое для питания магнетрона.

На самом деле микроволновая печь, не такое уж сложное устройство и для того, что бы разобраться в нем, совсем не обязательно быть «крутым электронщиком». У любого практикующего электрика встречаются задачи, и посложнее. Но если вы совсем не представляете «куда и почему бегут электроны в проводниках», то лучше закройте печку обратно. Посмотрели на внутренности и хватит. Прежде чем открыть ее в следующий раз, изучите «матчасть». Это ради вашей безопасности. Ибо, почти везде внутри микроволновки есть напряжения опасные для вашего здоровья.

На рисунке выше этого текста изображена принципиальная электрическая схема микроволновой печи приведенной ранее в примере. Давайте попробуем с помощью этой схемы разобраться, как все это работает.

Всю схему можно условно разделить на две части. Это – панель управления и исполнительные элементы. К исполнительным элементам в нашем случае относятся магнетрон, верхний гриль и нижний гриль. На схеме магнетрон расположен в правом верхнем углу, а грили обозначены как «Тэн гриля 1» и «Тэн гриля 2». Каждому исполнительному элементу соответствует свое реле на панели управления. Предположим, что вы включили режим «Микроволны», тогда контроллер панели управления по вашей команде  включит «Реле магнетрона», контакт «КМ» замкнется и тем самым подаст питание на «Высоковольтный трансформатор» который в свою очередь запитает магнетрон. Если включен режим верхнего гриля, то сработает «Реле гриля 1» и через контакт «KG1» запитает нагревательный элемент гриля. Аналогично со вторым грилем. При включении режима «Комби», контроллер будет включать все реле в той последовательности, которая заложена в его программе, т. е. чередовать режимы «Микроволны» и «Гриль». На панели управления есть еще одно реле – это «Главное реле», оно срабатывает при включении любого режима работы микроволновой печи и через его контакты запитываются все исполнительные элементы, в том числе двигатели вентилятора «М1″ и поворотного стола «М2″. Ключи блокировки: А, В и С  расположены в замке двери и при ее открывании – закрывании срабатывают синхронно. На схеме положение всех контактов, как реле, так и блокировочных ключей, соответствует режиму ожидания. Другими словами, печь просто подключена к сети, но не работает, при этом дверь закрыта. Если в данный момент вы откроете дверь, то все ключи разомкнуться. Ключ «А» обесточит все исполнительные элементы. Ключ «В» вообще переключит их на противоположную шину, а разомкнувшийся ключ «С» даст знать контроллеру, что дверь печи открыта. Контроллер по этой команде  включит «Главное реле», которое своими контактами замкнет цепь питания «Лампы подсветки». То есть при открытии дверцы печи, в камере загорится свет. Если же вы открыли дверцу, что называется, «на ходу», то разомкнутый ключ «А» разорвет цепь питания печи по верхней шине. Контроллер панели управления по сигналу ключа «С» поймет, что дверь открыта и переведет печь в режим паузы, а после того как дверь закроют и нажмут кнопку «Старт», печь продолжит свою работу в прежнем режиме.

Принцип работы встраиваемой микроволновой печи

Современную кухню сложно представить без компактной и многофункциональной микроволновой печи. С ее помощью можно быстро разморозить, подогреть и даже приготовить практически любое блюдо, поэтому по частоте использования микроволновка уступает разве что холодильнику. Несмотря на то, что прибор хорошо знаком всем и каждому, мало кто знает, как устроен такой шкаф и по какому принципу он работает.

За счет чего микроволновка нагревает пищу?

Механизм работы микроволновых печей Korting состоит в прямом взаимодействии микроволн с молекулами воды, которые содержатся в продукте, помещенном внутрь прибора. СВЧ-волны различной мощности проникают вглубь готового блюда или полуфабриката на 2,5-3,5 см и воздействуют на него изнутри, вызывая активное трение молекул друг о друга и, следовательно, повышение температуры. Такая технология позволяет ощутимо сократить время обработки пищи, поскольку не требуется прогрев камеры микроволновки – процесс происходит исключительно на поверхности блюда, после чего тепло постепенно проникает вглубь за счет теплопроводности продуктов.

Из чего состоит современная микроволновая печь?

Микроволновая печь состоит из металлической прямоугольной камеры, в которую помещаются продукты, СВЧ-излучателя (или иначе – магнетрона), волновода, отвечающего за передачу излучения от магнетрона в камеру, трансформатора, вращающегося стеклянного стола, таймера и вентилятора, предназначенного для охлаждения магнетрона. Корпус микроволновок всегда изготавливается из нержавеющей стали, а поверхность внутренней камеры – из стали, на которую нанесен специальный грязеотталкивающий состав. Дверца прибора может быть двух видов: откидная и распашная. Первая встречается, чаще всего, во встраиваемых моделях, а вторая – в отдельно стоящих. Все микроволновки имеют мощную автоматическую подсветку камеры, что позволяет контролировать процесс размораживания, подогрева и приготовления продуктов без открытия дверцы.

Внутренняя камера

Полость микроволновой печи изготавливается из металла, который может иметь различное покрытие:

  • Жаропрочная эмаль – такие приборы имеют невысокую цену, а покрытие не впитывает запахи, легко очищается и отличается достаточной износостойкостью.
  • Нержавейка – долговечное и стойкое к высоким температурам покрытие, которое не подвержено коррозии, растрескиванию и отслаиванию.
  • Керамика – на сегодня это наиболее оптимальное покрытие для СВЧ-печей. Керамические стенки не впитывают жир, не царапаются и легко моются.

Средний объем отдельно стоящих микроволновых печей Korting колеблется в пределах 20-25 литров при мощности до 1500 Вт. Таких параметров вполне достаточно для размораживания, разогрева и приготовления блюд для всей семьи. Есть и модели, имеющие объем 44 литра – такой вариант будет оптимальным для больших семей, а также для тех, кто любит готовить пироги, птицу, мясо или рыбу целиком с помощью СВЧ.

Магнетрон

Главным действующим элементом, который обеспечивает работу микроволновки, является магнетрон. Он представляет собой особую вакуумную лампу, создающую при работе СВЧ-лучи. Находясь под воздействием магнетрона, молекулы воды, которые содержатся практически в любом продукте, начинают хаотично двигаться, сталкиваясь друг с другом и вызывая трение. Это трение, в свою очередь, образовывает тепловую энергию, за счет которой пища начинает разогреваться. Лучи, которые создает магнетрон, подаются в камеру микроволновой печи через волновод. Чтобы он не перегревался, в микроволновке работает специальный охлаждающий вентилятор.

Высоковольтный трансформатор

Трансформатор в микроволновой печи – важное звено цепи, генерирующей СВЧ-лучи. По сути, он является преобразователем напряжения электросети до величины, подаваемой на вход магнетрона. Прокачивая исходную мощность в 1500-2000 Вт, на выходе устройство преобразовывает ее в 700-1000 Вт. Трансформатор имеет сразу несколько обмоток. На первичную поступает ток в 220 вольт, а вторичные снижают переменное напряжение, приводя к накальной обмотке. Она необходима для эмиссии электронов. Последующая обмотка используется для возникновения постоянного напряжения. Электроны приходят в движение, вследствие чего появляется излучение, необходимое для нагрева пищи.

Мото-редуктор

Микроволновые печи Korting оснащены большим стеклянным блюдом, установленным на специальную пластиковую подставку с колесиками. Ее предназначение – равномерное прогревание блюда. Для этих целей тарелка непрерывно вращается. В движение ее приводит специальный мотор – мото-редуктор.

Элементы управления

Блок управления представляет собой микросхему, которая отвечает за регулировку мощности работы и отключение печи по истечении заданного пользователем времени. Самые первые микроволновки были оснащены блоком с двумя переключателями, далее стали использоваться электронные схемы, а современные микроволновки управляются уже микропроцессорами. Последние дают выполнять большое количество дополнительных функций, таких как индикация и изменение уровня мощности, специальные программы приготовления, звуковой сигнал, таймер, часы и т. д.

Металло-керамический или инфракрасный гриль

Помимо базовых элементов конструкции, подавляющее большинство микроволновых печей от Korting дополнительно оснащены грилем, который может быть выполнен в виде обычного нагревательного элемента (ТЭНа) или инфракрасных кварцевых ламп. Инфракрасный нагреватель представляет собой две последовательно включенные инфракрасные кварцевые лампы на 115V (500-600W). И первый, и второй тип гриля отличаются высокой надежностью и долгим сроком службы.

От СВЧ-нагрева, который греет блюдо изнутри, гриль отличается тем, что создает тепловое излучение, прогревающее пищу снаружи. Несмотря на то, что нагревает он куда медленнее, нежели микроволны, только гриль может придать блюду аппетитную румяную корочку.

Качественные микроволновые печи от Korting

Микроволновые печи Korting изготавливаются из высокопрочной стали, стойкой к коррозии, что обеспечивает долгий срок их эксплуатации. Вся техника производится на современных европейских заводах, имеющих многоуровневую систему контроля качества. В обязательном порядке все СВЧ-печи проходят процедуру сертификации в Европейском Союзе. Внедряя инновационные технологии, существенно упрощающие быт каждой хозяйки, производитель не забывает и об эстетике, предлагая пользователям современную бытовую технику, способную стать настоящим украшением любого интерьера.

Большое количество режимов работы

Главная особенность микроволновок Korting – это идеальное сочетание стильного дизайна, приятного ценника и широкого функционала. Помимо стандартных программ, владельцу доступна опция многоступенчатого приготовления пищи. Весь процесс – от размораживания ингредиентов до полной готовности блюда – задается одним касанием пальца и не требует дальнейшего контроля или какого-либо еще участия. Когда готовка будет завершена, об этом сообщит звуковой сигнал таймера.

Существует и целый список отдельных режимов, таких как, например, размораживание по весу. Нужно лишь задать массу полуфабриката и автоматика самостоятельно выстроит оптимально подходящую продолжительность разморозки. Наличие в микроволновках гриля дает возможность создать золотистую корочку при любой степени прожарки. Модели с конвекцией, равномерно распределяющей нагретый воздух по всему объему шкафа, исключают риск того, что блюдо получится полусырым или подгорит.

Гриль и микроволны можно использовать как по отдельности, так и комбинировать между собой, что позволит приготовить крупные куски птицы, мяса, рыбы или большие объемы каких-либо блюд. В такой ситуации конвекция и СВЧ обеспечат идеально равномерное пропекание, а обжарка на гриле – более аппетитный внешний вид. Также микроволновые печи Korting имеют в памяти до десяти готовых автоматических рецептов. Пользователь может, к примеру, сварить суп, приготовить запеканку или испечь пиццу, пожарить картошку и запечь рыбу – стоит лишь выбрать нужную программу и нажать кнопку «Пуск».

Технологии безопасности

Чтобы понимать принцип обеспечения безопасности микроволновой печи, важно знать конструкцию ее дверцы. Любая модель прибора состоит из металлического корпуса, внутри которого скрывается оборудование, не видимое для глаз пользователя, а снаружи находится панель управления. Дверца с прозрачным стеклом и сетчатым экраном, отражающим микроволны, подвешена спереди на двух запорах и зафиксирована в корпусе специальными защелками с усиками-ограничителями. Фиксаторы надежно прижимают закрытую дверь к корпусу, и входят в прорези, оснащенные специальными выключателями с перекидывающимися контактами. Последние могут быть в двух положениях: «открыто» и «закрыто». Когда прибор активирован, защелки надежно зафиксированы, но даже если пользователь внезапно откроет дверцу, не завершив программу приготовления, микроволны не высвободятся из камеры печи, поскольку режим отключится автоматически при разъединении контактов. Передовые модели микроволновых печей дополнительно могут быть оснащены функцией блокировки панели управления. Родителям теперь не придется беспокоиться о безопасности своих малышей – дети не смогут нарушить очередность программ или самостоятельно активировать прибор.

Что такое магнетрон в микроволновой печи?

Что такое магнетрон в микроволновой печи Технология и как он работает? Вы когда-нибудь помещали что-то metal в свою микроволновую печь и задавались вопросом, почему все пошло не так?

Ответ на второй вопрос заключается в ответе на первый. В этом посте я объясню, почему нельзя класть что-либо металлическое в микроволновую печь, и почему это имеет прямое отношение к магнетрону в микроволновую печь.

Так что же такое магнетрон в микроволновой печи? Микроволновая печь имеет внутри резонаторный магнетрон, который запускает электроны со скоростью в магнитном поле, которое быстро проходит через полости. Это генерирует микроволны, которые направляются в микроволновую печь. Эти микроволны возбуждают молекулы воды в пище, создавая тепло, которое быстро готовит пищу.

Итак, микроволновая печь использует магнетрон для приготовления еды на высокой скорости . Приведенное выше объяснение дает самую основную информацию о том, как это происходит.

Ниже я более подробно рассмотрел о том, как магнетрон генерирует микроволн . Я также предоставил некоторую интересную информацию об изобретении магнетрона , и о том, кто изобрел , что мы сегодня знаем как одиночную микроволновую печь, совершенно случайно .

Как работает магнетрон в микроволновой печи?

работы магнетрона невероятно сложны .Когда я изучил это, я почувствовал, что мне нужна степень инженера, чтобы понять объяснение .

Я изо всех сил старался предоставить то, что я думаю, является разумно понятным объяснением ниже. Я разбил объяснение, используя различные части магнетрона .

Катод

Прямо в центре магнетрона находится нечто, называемое катодом . Это цельный стержень из металла .Катодом является электрод , от которого течет ток , созданный электричеством , на анод .

Анод

Построенный вокруг катода представляет собой петлю или кольцо из металла . Проще говоря, когда работает магнетрон, электрически заряженные частицы или электроны прыгают с катода на анод . Звучит достаточно просто, правда? Ситуация несколько усложняется с введением магнитов и полостей внутри магнетрона.

Магнит

Под анодом в магнетроне находится мощный магнит . Этот магнит проходит вдоль магнетрона прямо параллельно катоду.

Полости

Тип магнетрона, используемого в микроволновой печи, называется магнетроном полости , и здесь мы увидим, почему. Полости имеют форму отверстий , прорезанных в ранее обсуждавшемся аноде .

Когда электронов заряжены и проходят между катодом и анодом, добавление полостей и мощного магнита значительно усложняет задачу.

Электроны проходят не только через электрическое поле , заключенное между катодом и анодом , но также через магнитное поле , созданное с введением магнита .

Из-за добавления магнитного поля, электроны под влиянием движутся по траектории изогнутой , а не по прямой линии.Электроны движутся по кругу в пространстве между катодом и анодом. Это происходит на невероятно высокой скорости .

По мере того, как электроны перемещаются в этом пространстве по кругу по кругу , полости, созданные в аноде , начинают резонировать с . Когда они это делают, они создают нечто, называемое микроволновым излучением .

Волновод

После того, как магнетрон создал микроволновое излучение, его нужно направить куда-нибудь .Здесь на помощь приходит волновод .

Это волновод , который передает микроволны, создаваемые в пространство для приготовления пищи внутри микроволновой печи. В радарной технологии эти микроволны излучаются через волновод в воздух.

Как приготовить пищу в микроволновой печи в микроволновой печи?

Вышеупомянутое — действительно самое простое объяснение, которое я мог бы дать тому, как микроволны создаются с использованием магнетрона .Как хоть эти микроволновки готовят пищу в микроволновке? Опять же, следующее — мое собственное понимание того, как это работает. Не стесняйтесь добавлять к этому в комментариях ниже.

Как только микроволн проходят в рабочую камеру микроволновой печи посредством волновода , они отражаются стенками внутри микроволновой печи. Так эффективно они отскакивают внутри микроволновой печи, постоянно отражаясь от сторон.Волновод в планшетной микроволновой печи работает несколько иначе, чем в обычной или одиночной.

Как только продуктов помещается в микроволновую печь, поглощает микроволн, которые отражают внутри него. Как только микроволны поглощаются пищей, они заставляют молекул воды внутри пищи чрезвычайно быстро вибрировать .

Эти колебания затем производят тепла , и именно это тепло готовит пищу .

Любая пища с высоким содержанием воды будет приготовлена ​​в микроволновой печи очень быстро . Чем больше молекул воды состоит из продуктов питания, тем больше молекул должно вибрировать , вызывая больше тепла на быстрее . Такие продукты, как овощей с высоким содержанием воды, будут очень быстро готовиться в микроволновой печи.

Как упоминалось выше, микроволны не могут поглощаться металлом .Вот почему они подпрыгивают внутри зоны готовки в микроволновой печи. Именно поэтому в микроволновую печь нельзя класть какие-либо металлические предметы.

Подробнее об этом читайте в моем посте о преимуществах и недостатках микроволновых печей.

Кто изобрел магнетрон?

Тип магнетрона, который используется в современных микроволновых печах , называется полостным магнетроном. Многополостный магнетрон, используемый в микроволновых печах, приписывают работе Джона Рэндалла и Генри Бута .Рэндалл и Бут были инженерами Бирмингемского университета .

Еще до того, как они стали использоваться в микроволновых печах, магнетроны имели еще одно очень важное применение. Использование магнетронов сыграло очень важную роль на протяжении года Второй мировой войны года. Мы можем отследить от происхождения магнетрона до работы Randal и Boot .

Широко известно, что первый магнетрон был задуман и разработан H.Гердиен в 1910 г. г., до появления резонаторного магнетрона в микроволновых печах.

Генрих Грайнахер

В 1921 году швейцарский физик по имени Генрих Грайнахер попытался продолжить эту работу, используя диодную лампу . В конечном итоге его исследования не увенчались успехом из-за недостаточного вакуума в трубке.

Однако он смог предоставить письменное описание с математическими уравнениями того, как этот магнетрон мог изменять электронов в магнитном поле.

В 1921 году Альберт Халл , сотрудник General Electric Company , смог использовать работу, предоставленную Greinacher , для дальнейшего исследования. Он смог изучить контроль электрического тока путем изменения магнитного поля. В качестве своего изобретения он придумал магнетрон .

Исследование Альберта Халла было исследовано и основано на Эрихе Хабане в Германии и Напсале Зазеке в Праге.Они оба смогли разработать значительно более мощные устройства. Zazek смог создать устройство, которое генерировало гораздо более высокие частоты, до 1 ГГц .

Hans Enrich Hollman

В 1935 году Hans Enrich Hollman подал патент в Германии на первый « многорезонаторный магнетрон ». Патент на это устройство в США был зарегистрирован и выдан в 1938 .

Это возвращает нас к работе John Randall и Henry Boot .Они придумали магнетрон, который состоял из более чем четырех резонаторов , показанных в работе Холлмана . Получившееся в результате устройство, которое было с водяным охлаждением , использовалось в качестве радара и устанавливалось на самолетов во время Второй мировой войны.

Использовались в войне против немецких подводных лодок . Они позволили пилотам видеть цели даже ночью. Это был значительный прорыв для союзных войск во время войны.

Кто изобрел микроволновую печь?

Изобретение микроволновой печи произошло в результате аварии . Это был американский инженер-электрик по имени Перси Спенсер , которого в конечном итоге считают изобретателем микроволновой печи.

Микроволновая печь — случайное открытие!

До случайного открытия Спенсера уже проводилось испытаний на использование радиоволн для приготовления пищи.Такие компании, как Bell Labs и General Electrics , уже начали работу над этой формой технологии для приготовления пищи .

В 1933 , Westinghouse продемонстрировал, что можно готовить пищу между двумя металлическими пластинами . Они использовали коротковолновое радио для приготовления стейков и картофеля. Несмотря на то, что это было продемонстрировано, на данном этапе на самом деле дальше этого не пошло.

Итак, вернемся к открытию Перси Спенсера .Есть противоречивые сообщения о том, что было у него в кармане в день его открытия. Некоторые сообщают о арахисовом , а некоторые сообщают о плитке шоколада . Ясно то, что он совершенно случайно обнаружил, что микроволны от магнетрона могут готовить пищу .

Спенсер работал в Raytheon Manufacturing Company . В это время эта компания преимущественно работала с магнетронами в составе радарной технологии . Они создали радары, которые помогали кораблям и самолетам ориентироваться в темноте или в плохих погодных условиях.

История шоколадного батончика

Во время работы над этим днем ​​в 1945 история гласит, что Спенсер имел в кармане арахис или шоколадный батончик . Я не уверен, что правда. Плитка шоколада звучит более правдоподобно, поэтому я выберу ее.

Итак, стоя перед магнетроном и включив его, Спенсер обнаружил, что плитка шоколада быстро начала плавиться . Это навело его на мысль, что эти микроволн , созданные магнетроном, могут, возможно, готовить пищу .

На следующий день он вырезал край котла и положил внутрь сырое яйцо . Затем он продемонстрировал, что может использовать микроволны магнетрона для приготовления яйца. Это сработало , как он и предсказывал!

Его следующим шагом было попробовать приготовить попкорна с помощью магнетрона. Как только он понял, что это возможно, он продолжил исследование.

В начале 1950-х он продолжил регистрировать серию из патентов .Он подал одну из 1952 на кофеварку для микроволновой печи , которая была предоставлена. В январе 1950 года он также подал заявку на « Метод обработки пищевых продуктов ».

Дальнейшие разработки в технологии микроволновых печей

В наши дни микроволновые печи крошечные . Вы можете разместить их в самых маленьких местах на кухне. Однако оригинальная микроволновая печь Spencer была примерно высотой 1,5 метра . Это 5 футов в высоту, как некоторые взрослые люди!

К середине 1950-х годов Raytheon лицензировала свою микроволновую технологию .Микроволновые печи уже использовались в ресторанах, до этого. Эти микроволны были огромных , и их приходилось постоянно охлаждать из-за перегрева.

Первая микроволновая печь для непосредственного использования широкой публикой поступила в продажу в 1955 и была произведена компанией под названием Tapan . он назывался Tappan RL-1 . Он поступил в продажу по цене $ 1,295 . По тем временам это были огромные деньги, и сегодня они выходили бы примерно на $ 10 000 долларов.

К 1960-м годам они снизились до немного более доступной цены — около $ 500 . Это все еще очень дорого, учитывая, что в наши дни вы можете получить микроволновую печь менее чем за $ 50 .

Заключение

Вот и все. Полное подробное описание магнетрона в технологии микроволновой печи и того, как именно он работает.

Теперь я совсем не учёный ! будьте одним из них и читаете это, думая, что это не вся история, или что я пропустил что-то! Если да, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, и я добавлю вашу информацию в свой текст! Спасибо за прочтение!

Магнетрон

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную микроволновым усилителям

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу о микроволновых трубках

Магнетрон промышленный от СВЧ

Новинка февраля 2010 года! Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу новую страницу об истории микроволновых печей!

Магнетрон — это трубка, благодаря которой во время Второй Мировой войны использовались бортовые радары на сверхвысоких частотах.Изобретенный Залом Славы СВЧ Альбертом Уоллесом Халлом, член Зала Славы Перси Спенсер позже понял, как производить дорогостоящий и трудоемкий процесс механической обработки, который британцы использовали для производства маггий С-диапазона в конце 1930-х годов. Марвин Бок отвечал за коммерциализацию Radarrange в конце 1940-х годов.

Прелесть магнетрона во время Второй мировой войны заключалась в том, что он обеспечивал высокую мощность (сотни ватт) на чрезвычайно высокой частоте (диапазон C!), Что позволяло радиолокационным системам использовать параболический отражатель в качестве антенны; этот отражатель был достаточно мал, чтобы его можно было разместить внутри носовой части самолета, за аэродинамическим обтекателем, а не за дипольным массивом, создающим сопротивление, установленным снаружи самолета.Кроме того, высокая частота магнетрона давала оператору радара гораздо более четкое изображение цели, чем то, которое дает дипольная решетка. К концу войны немцам пришлось использовать дипольные решетки на своих самолетах, потому что их радары имели верхний частотный диапазон около 200 МГц.

Магнетрон может быть источником микроволн (генератором) или усилителем.

Слово «магнетрон» — это портманто, объединяющее «магнит» и «электрон».

Ты такой же умный, как пятиклассник?

Приведенная ниже информация изначально была написана для пятого класса в Юджине, штат Орегон, который задавал вопрос: «Для чего нужен этот большой магнит внутри микроволновой печи?» Неизвестный редактор был вынужден «придумать» ответ, но, возможно, дал больше, чем они хотели!

Хороший вопрос! Должен признаться, у меня никогда не было причин разбираться в деталях магнетрона, но я попытаюсь дать вам объяснение, которое могло бы помочь.

Вопрос: что общего у магнетрона с покемоном ? Оба они являются примерами словосочетания «портманто», когда два слова объединяются в одно новое слово.

Магнетрон = магнит / электрон

Покемон = карман / монстр

Инженеры постоянно используют портмоне, хотя большинство из них даже не знают, что означает это слово!


Видл, # 13 Покемон

Во-первых, трудно поверить, что люди давно разобрались во всем этом.В конце 1930-х годов математики, затем ученые, а затем инженеры придумали очень хитроумную мысль при разработке магнетронов. Компания Raytheon участвовала в производстве устройства, его изобрели англичане, но способ его изготовления был трудоемким. Перси Спенсер придумал способ заменить дорогостоящую механическую обработку стопкой штамповок, которая была намного, намного дешевле. Сегодня секретное изобретение, которое помогло выиграть Вторую мировую войну (создание бортовых радаров), производится в Китае для подогрева вашего обеда! Но я отвлекся…

Итак, вакуумная электроника была королем всех электрических устройств, таких как радио и телевизоры, до «эпохи транзисторов», начавшейся в 1950-х годах. Лампы, как и транзисторы, могут выполнять множество функций, таких как усилители, переключатели, экраны телевизоров и даже компьютеры (например, ENIAC, который потреблял достаточно электроэнергии, чтобы зажечь Юджин Орегон). В свое время электроника была намного грубее!

Электронная лампа работает при достаточной температуре и очень высоком напряжении (электрическом поле), электроны могут выкипать из одного металла и переходить к другому через вакуум, а не через провод.Причина, по которой телевизоры и радиоприемники должны были нагреваться, заключалась в том, что нагреватели в трубках должны были нагреться достаточно, чтобы вскипятить электроны. Эта потребность в тепле противоположна транзисторам, где тепло считается самым большим врагом надежности.

Электричество и магнетизм очень взаимосвязаны. Легче всего думать о двигателях и генераторах. Хотя не все они используют постоянные магниты, все они используют взаимодействие электронов с магнитным полем.

Самое забавное в этом взаимодействии … когда электрон движется в одном направлении (скажем, на восток), если он встречает магнитное поле, которое пересекает его путь (север-юг), он отклоняется вверх, а не в сторону! Это похоже (но не связано) с гироскопом: когда вы пытаетесь повернуть его в одном направлении, он отбивается под углом 90 градусов к прилагаемой вами силе.

Итак, переходим к магнетрону …

В «Мэгги» проводник в центре нагревается.Затем между центральным проводом и внешним проводником подается огромное постоянное напряжение (эквивалентное нескольким тысячам последовательно соединенных батареек АА!). Напряжения достаточно, чтобы по-настоящему поранить или убить вас, так что не возитесь с частично разобранной духовкой! Напряжение повышается со 120 вольт, которое электроэнергетическая компания подает на ваши розетки, а затем преобразуется из переменного тока (AC) в постоянный (DC). Попросите своего учителя объяснить переменный и постоянный ток … в результате много-много электронов течет через вакуум от центра к внешнему проводнику концентрически.На данный момент у нас нет никакого преобразования «домашнего тока» в микроволновый ток, микроволны представляют собой форму переменного тока, но с частотой в 40 000 000 раз превышающей частоту, которую энергетическая компания отправила в ваш дом!
Эта маленькая Мэгги учится в четвертом классе и так и не научилась точить свой гигантский карандаш. Хотя она неплохо плавает!

Гигантский магнит в микроволновой печи, о которой вы упомянули, расположен так, чтобы направлять экстремальное магнитное поле вверх и вниз через магнетрон (север-юг на магнитном жаргоне), в то время как электроны движутся из центра наружу (концентрически) .Эффект заключается в том, что магнит отклоняет электроны в сторону. При тщательном проектировании магнит может вращать электроны вокруг зазора в магнетроне, когда сила магнита равна центробежной силе вращающихся электронов. Итак, у вас есть «газ» электронов, вращающийся, как торнадо, внутри магнетрона! Прекрасная штука, но еще не источник СВЧ энергии.

Схема заимствована из Википедии, путь электрона красным

А теперь представьте, когда вы едете в машине по шоссе, и кто-то открывает одно из задних окон… и все, что вы можете услышать, это тот шум, который сводит вас с ума! Это потому, что автомобиль имеет резонанс на очень низкой частоте. Флейта также преобразует ветер в звук, но с гораздо более высоким тоном, потому что резонансная полость флейты намного меньше, чем внутри автомобиля. Оба примера преобразуют одну форму энергии (ветер) в другую (звук). Именно это и происходит в магнетроне! Эти маленькие камеры в структуре резонируют с определенной частотой, когда электронное облако пролетает мимо них.Таким образом, одна форма энергии (электричество из розетки, которое в микроволновой печи повышается до очень высокого напряжения) преобразуется в другую (микроволны). Энергия просто снимается, вставляя провод или антенну (показана коричневым) в одну из полостей магнетрона, и энергия проходит по проводу и через волновод ко второй антенне, которая посылает энергию к вашей пище. Волновод — это просто полая металлическая труба, по которой энергия волны может проходить с небольшими потерями, например, когда вы говорите через трубу, а ваш друг слушает на другом конце.Действительно, есть много аналогий между микроволнами и звуковыми волнами, они на самом деле имеют очень похожий размер (длину волны), реальная разница в том, что микроволны распространяются со скоростью 1 000 000 000 футов в секунду, в то время как звук распространяется «всего» со скоростью 1000 футов в секунду!

Может быть, я дал вам слишком много, чтобы думать обо всем сразу, давайте просто упростим. Магнит используется для вращения электронов по кругу, а полости предназначены для того, чтобы красть энергию из вращающегося облака и генерировать 2400000000 циклов радиоволн в секунду с уровнем мощности, достаточным для приготовления вашего обеда.Обратите внимание, что магнит не подает немного энергии в систему (энергетическая компания и чековая книжка мамы заслуживают этого), магнит просто направляет электроны и обманом заставляет их преобразовывать их энергию во что-то, что мы можем использовать ( теплая и вкусная закуска, только в обед обязательно «прогоняй»!)

Что такое магнетрон? Определение, конструкция, работа и применение магнетрона

Определение : Магнетрон — это устройство, генерирующее электромагнитную волну большой мощности.Он в основном рассматривается как самовозбуждающийся СВЧ-генератор. Он также известен как прибор с перекрестным полем .

Причина этого названия заключается в том, что электрическое и магнитное поля, создаваемые внутри трубки, взаимно перпендикулярны друг другу, поэтому они пересекают друг друга.

Содержание: Магнетрон

  1. Принцип работы
  2. Строительство
  3. рабочая
  4. Частота, давящая и тянущая
  5. Преимущества
  6. Недостатки
  7. Приложения
Принцип работы

Магнетрон — это, по сути, вакуумная трубка большой мощности с множеством полостей.Он также известен как магнетрон полости из-за наличия анода в резонансной полости трубки.

Принцип работы магнетрона таков, что когда электроны взаимодействуют с электрическим и магнитным полем в резонаторе, генерируются колебания большой мощности.

Магнетроны в основном используются в радарах как единственный мощный источник радиочастотного сигнала в качестве генератора мощности, несмотря на усилитель мощности. Он был изобретен в 1921 году Альбертом Халлом.Однако усовершенствованный магнетрон с резонатором большой мощности был изобретен в 1940 Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом.

В этой статье мы обсудим, как работает магнетрон с резонатором. Но перед этим мы должны знать, как устроен магнетрон.

Конструкция магнетронов

На рисунке показан магнетрон с 8 полостями:

Цилиндрический магнетрон имеет цилиндрический катод определенной длины и радиуса, расположенный в центре, вокруг которого расположен цилиндрический анод.Полости расположены по окружности анода на одинаковом расстоянии.

Кроме того, область, существующая между анодом и катодом трубки, известна как пространство / область взаимодействия .

Здесь следует отметить, что существует разность фаз 180 ° между соседними полостями. Следовательно, резонаторы будут передавать свое возбуждение от одного резонатора к другому с фазовым сдвигом 180 °.

Таким образом, мы можем сказать, что если одна пластина положительна, то автоматически соседняя пластина будет отрицательной.И это наглядно показано на приведенном выше рисунке.

Более конкретно, мы можем сказать, что края и полости показывают соотношение фаз 180 °.

Как мы уже обсуждали, здесь электрическое и магнитное поля перпендикулярны друг другу. А магнитное поле создается с помощью постоянного магнита.

Работа магнетрона

Возбуждение катода магнетрона обеспечивается источником постоянного тока, который вызывает выход из него электронов.

В этом разделе мы обсудим работу магнетрона в двух категориях. Первый без применения ВЧ-входа к аноду, а второй — с применением ВЧ-входа.

1. При отсутствии РЧ входа

Случай I : Когда магнитное поле равно 0 или отсутствует

При отсутствии магнитного поля электрон, выходящий из катода, радиально движется к аноду. Это показано на рисунке ниже:

Это так, потому что движущийся электрон не испытывает воздействия магнитного поля и движется по прямой траектории.

Случай II : При наличии небольшого магнитного поля

Если внутри магнетрона существует небольшое магнитное поле, то электрон, выходящий из катода, немного отклонится от своего прямого пути. И это вызовет извилистое движение электрона от катода к аноду, как показано на рисунке: Это движение электрона является результатом действия на него электрической, а также магнитной силы.

Случай III : В случае дальнейшего увеличения магнитного поля электроны, выходящие из катода, сильно отклоняются магнитным полем.И проведите по поверхности катода, как показано ниже: Это приводит к тому, что анодный ток становится равным 0. Значение магнитного поля, которое заставляет анодный ток становиться равным 0, известно как критическое магнитное поле .

Если магнитное поле увеличивается за пределы критического магнитного поля. Тогда электрон отскочит обратно к катоду, не достигнув анода.

Достижение испускаемых электронов от катода обратно к нему известно как обратный нагрев .Поэтому, чтобы избежать этого, подача электроэнергии на катод должна быть отключена после того, как в трубке возникнут колебания.

2. При наличии поля RF

Случай I : В случае, если на анод магнетрона подается активный РЧ-вход, в пространстве взаимодействия магнетрона возникают колебания. Итак, когда электрон испускается с катода на анод, он передает свою энергию, чтобы колебаться.

Такие электроны называются привилегированными электронами .В этом состоянии электроны будут иметь низкую скорость и, таким образом, потребуется много времени, чтобы добраться от катода до анода.

Это показано на рисунке ниже:

Случай II : Другое условие возникает при наличии РЧ входа. В этом случае электрон, испускаемый катодом во время движения, забирает энергию из колебаний, тем самым увеличивая свою скорость.

Таким образом, несмотря на то, что электроны достигают анода, они отскакивают обратно к катоду, и эти электроны известны как неблагополучных электронов .

Распространение нежелательных электронов показано ниже:

Случай III : При дальнейшем увеличении ВЧ-входа электрон, испускаемый во время движения, увеличивает свою скорость, чтобы догнать электрон, испущенный ранее, со сравнительно меньшей скоростью.

Итак, все те электроны, которые не получают энергию от колебаний для своего движения, известны как привилегированные электроны. И эти привилегированные электроны образуют электронного сгустка или электронного облака и достигают анода от катода.

Формирование электронного сгустка внутри трубки известно как эффект фазовой фокусировки .

Из-за этого орбита электрона ограничивается спицами. Эти спицы вращаются в соответствии с некоторым дробным значением количества электронов, испускаемых катодом, пока не достигнут анода, передавая свою энергию колебаниям.

Однако электроны, выпущенные из области катода между спицами, заберут энергию поля и очень быстро вернутся на катод.Но эта энергия очень мала по сравнению с энергией, выделяемой на колебания. Это показано на рисунке ниже:

Движение этих благоприятных электронов внутри трубки увеличивает поле, существующее между зазорами в полости. Это приводит к устойчивым колебаниям внутри магнетрона, обеспечивая высокую мощность на выходе.

Частота толкания и извлечения

Изменение частоты колебаний магнетрона приводит к появлению термина «выталкивание» и «вытягивание» .

Когда напряжение, прикладываемое к аноду магнетрона, изменяется, это вызывает изменение скорости электронов, движущихся от катода к аноду. В результате изменяется частота колебаний.

Следовательно, мы можем сказать, что когда резонансная частота магнетрона изменяется из-за изменения анодного напряжения, это известно как смещение частоты .

Изменение резонансной частоты иногда является результатом изменения импеданса нагрузки магнетрона.Импеданс нагрузки меняется, когда изменение является чисто резистивным или реактивным. Это изменение частоты известно как изменение частоты . Устойчивый источник питания может уменьшить это изменение частоты.

Преимущества
  • Магнетроны — это высокоэффективное устройство, используемое для генерации мощного микроволнового сигнала.
  • Использование магнетронов в радаре может создать радарную систему лучшего качества для целей слежения.
  • Обычно он небольшой по размеру, поэтому он менее громоздкий.
Недостатки
  • Достаточно дорого.
  • Несмотря на широкий диапазон частот, существует недостаток управляемости генерируемой частоты.
  • Он предлагает среднюю мощность от 1 до 2 киловатт.
  • Магнетроны довольно шумные.

Применение магнетрона

  • Основным применением магнетрона является импульсная радиолокационная система для создания мощного микроволнового сигнала.
  • Магнетроны также используются в нагревательных приборах, таких как микроволновые печи, для создания колебаний с фиксированной частотой.
  • Перестраиваемые магнетроны находят свое применение в генераторах развертки.

Примечательно, что этот режим работы магнетрона также известен как π-режим. Это происходит потому, что между двумя соседними пластинами поддерживается правильный фазовый сдвиг 180 °. Также следует отметить, что колебания создаются только в π-режиме.

Магнетронная микроволновая печь | Строительство и применение

Обложка: https: // giphy.com / embed / 11j5OF7BTglVkc

via GIPHY

Вопросы для обсуждения: Magnetron Microwave

Введение в магнитные микроволновые печи | Что такое магнетрон?

Магнетрон — это разновидность СВЧ-трубки. Прежде чем обсуждать магнетрон и связанные с ним темы, давайте выясним некоторые основные определения.

Микроволновые трубки: Микроволновые трубки — это устройства, которые генерируют микроволны. Это электронные пушки, производящие линейные лучевые трубки.

Теперь определение магнетрона дается как —

Магнетрон: Магнетрон — это тип вакуумной трубки, которая генерирует сигналы микроволнового диапазона частот с помощью взаимодействия магнитного поля и электронные пучки.

Магнетронная трубка потребляет большую мощность, и ее частота зависит от физических размеров полостей трубок. Существует основное различие между магнетроном и другими типами микроволновых трубок.Магнетрон работает только как осциллятор, но не как усилитель, но клистрон (микроволновая лампа) может работать как усилитель и как осциллятор.

Краткая история магнетронного микроволнового излучения

Корпорация Сименс разработала самый первый магнетрон в 1910 году под руководством ученого Ханса Гердиена. Швейцарский физик Генрих Грайнахер обнаружил идею движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном поле из своих неудачных экспериментов по вычислению массы электронов.Он разработал математическую модель примерно в 1912 году.

В Соединенных Штатах Альберт Халл начал работать над управлением движением электронов с помощью магнитного поля, а не обычного электростатического поля. Эксперимент был инициирован в обход патента на «триод» Western’s Electric.

Халл разработал устройство, почти похожее на магнетрон, но оно не имело намерения генерировать сигналы микроволновых частот. Чешский физик Август Жачек и немецкий физик Эрих Хабанн независимо друг от друга обнаружили, что магнетрон может генерировать сигналы с частотами микроволнового диапазона.

Изобретение и возросшая популярность РАДАРА увеличила спрос на устройства, которые могут производить микроволны на более коротких длинах волн.

В 1940 году сэр Джон Рэндалл и Гарри Бут из Бирмингемского университета разработали рабочий прототип резонаторного магнетрона. Вначале устройство выдавало мощность около 400 Вт. Дальнейшие разработки, такие как водяное охлаждение и несколько других усовершенствований, увеличили производимую мощность с 400 Вт до 1 кВт, а затем до 25 кВт.

Возникла проблема, связанная с нестабильностью частоты в магнетроне, разработанном британскими учеными.В 1941 году Джеймс Сэйерс решил эту проблему.

Применение магнетрона

Магнетрон — полезное устройство, имеющее несколько применений в различных областях. Обсудим некоторые из них.

  • Магнетроны в радаре: Использование магнетрона для радара, используемого для генерации коротких импульсов мощных микроволновых частот. Волновод магнетрона присоединяется к любой из антенн внутри радара.
    • Магнетрон имеет несколько факторов, усложняющих работу радара.Одна из них — проблема нестабильности частоты. Этот фактор порождает проблему сдвига частоты.
    • Вторая характеристика заключается в том, что магнетрон производит сигналы с мощностью более широкой полосы пропускания. Таким образом, приемник должен иметь более широкую полосу пропускания, чтобы принимать их. Теперь, имея более широкую полосу пропускания, приемник также получает нежелательный шум.
  • Магнетронный нагрев | Магнетронные микроволновые печи: Магнетроны используются для генерации микроволн, которые в дальнейшем используются для нагрева.Сначала внутри микроволновой печи магнетрон производит микроволновые сигналы. Затем волновод передает сигналы на РЧ-прозрачный порт в пищевую камеру. Камера имеет фиксированные размеры и также близка к магнетрону. Вот почему модели стоячих волн рандомизируются вращающимся двигателем, который вращает пищу внутри камеры.
  • Освещение магнетрона: Существует множество устройств, которые включаются с помощью возбуждения магнетрона.Такие устройства, как серная лампа, являются ярким примером такого света. Внутри устройств магнетрон генерирует микроволновое поле, которое переносится волноводом. Затем сигнал проходит через светоизлучающий резонатор. Эти типы устройств сложны. В настоящее время они не используются вместо более поверхностных элементов, таких как нитрид галлия (GaN) или HEMT.

Конструкция магнетрона

В этом разделе мы обсудим физическую конструкцию и компоненты магнетрона.

Магнетрон сгруппирован как диод, поскольку он развернут на сетке. Анод магнетрона установлен в блок цилиндрической формы, сделанный из меди. В центре трубки находятся нити с нитью накала и катод — выводы с нитью помогают удерживать катод и нить накала, прикрепленные к ней в центре. Катод изготовлен из высокоэмиссионного материала и нагревается для работы.

Трубка имеет от 8 до 20 резонансных полостей, которые представляют собой цилиндрические отверстия по окружности.Внутренняя структура разделена на несколько частей: количество полостей, имеющихся в трубке. Разделение трубки осуществляется узкими прорезями, соединяющими полости с центром.

Каждая полость функционирует как параллельный резонансный контур, где дальней стенка анодного медного блока работает как индуктор. Кончик лопасти считается конденсатором. Теперь резонансная частота контура зависит от физических размеров контура резонатора.

Очевидно, что если резонатор начинает колебаться, он возбуждает другие резонаторы, и они тоже начинают колебаться.Но есть одно свойство, которому следует каждая полость. Если резонатор начинает колебаться, следующий резонатор начинает колебаться с задержкой по фазе на 180 градусов. Это применимо к каждой полости. Теперь серия колебаний создает самодостаточную замедляющую структуру. Вот почему этот тип конструкции магнетрона также известен как «Магнетрон бегущей волны с несколькими резонаторами».

Катод поставляет электроны, необходимые для механизма передачи энергии. Как упоминалось ранее, катод находится в центре трубки, дополнительно закрепленный проводами накала.Между катодом и анодом есть особое открытое пространство, которое необходимо поддерживать; в противном случае это вызовет неисправность устройства.

Доступны четыре типа расположения резонаторов. Это —

  • Щелевой
  • Пластинчатый
  • Тип восходящего солнца
  • Тип отверстия и щели

Магнетрон Микрофон работает под микроволновым излучением для генерации сигналов микроволнового диапазона частот.Фазы перечислены ниже.

Хотя названия фаз достаточно показательны, чтобы мы могли обсудить инциденты, они происходят на каждой фазе.

Фаза 1: Генерация и ускорение электронного луча

Катод внутри резонатора имеет отрицательную полярность напряжения. Анод удерживается в радиальном направлении от катода. Теперь косвенный нагрев катода вызывает поток электронов к аноду. Во время генерации в полости отсутствует магнитное поле.Но после генерации электрона слабое магнитное поле искривляет путь электронов. Путь электрона резко изгибается при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля. Теперь, если скорость электронов увеличится, изгиб снова станет более резким.

Фаза 2: Контроль скорости и изменения электронного пучка

Эта фаза происходит внутри переменного поля резонатора. Поле переменного тока расположено от соседних сегментов анода до катодной области.Это поле ускоряет поток электронного луча, который течет к анодным сегментам. Электроны, которые текут к сегментам, замедляются.

Фаза 3: Создание «колеса космического заряда»

Потоки электронов в двух разных направлениях с разными скоростями вызывают движение, известное как «колесо пространственного заряда». Это помогает увеличить концентрацию электронов, что дополнительно обеспечивает мощность, достаточную для радиочастотных колебаний.

Фаза 4: Преобразование энергии

Теперь, после генерации электронного пучка и его ускорения, поле приобретает энергии.Электроны также передают полю некоторую энергию. Двигаясь от катода, электроны распределяют энергию в каждой полости, через которую проходят. Потеря энергии вызывает снижение скорости и, в конечном итоге, замедление. Теперь это происходит несколько раз. Высвобождаемая энергия эффективно используется, и достигается КПД до 80%.

Проблемы со здоровьем от магнетронной микроволновой печи

Магнетронная микроволновая печь вырабатывает микроволновые сигналы, которые могут вызывать проблемы с человеческим телом.Нить накала некоторых магнетронов состоит из тория, который является радиоактивным элементом и вреден для человека. Такие элементы, как оксиды бериллия и керамические изоляторы, также опасны при раздавливании и вдыхании. Это может повлиять на легкие.

Также существует вероятность выхода из строя магнетронных микроволновых печей из-за перегрева. Для магнетронов требуются источники питания высокого напряжения. Таким образом, существует вероятность поражения электрическим током.

О компании Sudipta Roy

Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.
Мои работы посвящены предоставлению точных и обновленных данных всем учащимся.
Мне доставляет огромное удовольствие помогать кому-то в получении знаний.

Давайте подключимся через LinkedIn — https://www.linkedin.com/in/sr-sudipta/

Основы магнетрона | M-Press Systems

В большинстве промышленного микроволнового оборудования используются магнетроны для генерации необходимой микроволновой энергии.Это связано с тем, что магнетроны относительно дешевы, компактны, просты в эксплуатации и имеют хороший КПД. Только в приложениях с высокими требованиями к стабильности частоты и фазы используются другие типы электронных ламп, например Гиротроны или клистроны.

Принцип работы магнетронов

Магнетрон состоит из нити накала в центре трубки, действующей как катод, с телом анода, окружающим нить. Нить накала и тело анода упакованы в одно устройство вместе с постоянными магнитами и, в некоторых случаях, дополнительными электромагнитными катушками, которые позволяют контролировать и изменять выходную мощность магнетрона.Затем внутренняя часть анодного тела, содержащего нить накала, откачивается до высокого вакуума и герметизируется.

Нить изготовлена ​​из специального материала, например Торированный вольфрам, который при нагревании примерно до 2400 ° C начинает испускать свободные электроны. Поскольку нить накала подключена к отрицательному полюсу источника постоянного тока высокого напряжения, а тело анода — к положительному полюсу, электроны ускоряются электрическим полем по направлению к аноду. Однако из-за того, что магнитное поле ориентировано перпендикулярно пути ускоренных электронов, они вынуждены следовать по спиральной траектории, ведущей от нити накала к телу анода.Анодное тело содержит ряд выточенных в нем полостей, и когда поток электронов проходит через эти полости, они «сгруппированы» вместе из-за резонансных эффектов. Одна из полостей связана с антенной, расположенной вне магнетрона, и преобразует часть кинетической энергии электронных сгустков в радиочастотную (микроволновую) энергию, которая передается от антенны в волновод через устройство, называемое пусковой установкой. Обратите внимание, что выходная частота магнетрона напрямую зависит от механических размеров полостей, обработанных в корпусе анода, поэтому магнетроны становятся меньше с увеличением выходной частоты.

Работа магнетронов

Для работы магнетрону требуются 2 источника питания:

  • Источник питания с нитью

    Блок питания с нитью служит для нагрева нити до температуры, достаточно высокой для испускания достаточного количества свободных электронов . Этот источник питания может обеспечивать переменное или постоянное напряжение с типичным диапазоном напряжений от 2,5 В до 15 В и токами от нескольких А до 100 А и выше. Напряжение на нити накала необходимо приложить за некоторое время до напряжения на катоде, чтобы нить накала имела достаточно времени для предварительного нагрева.Кроме того, из-за эффекта, называемого «обратной бомбардировкой», напряжение на нити, возможно, придется уменьшить, когда магнетрон вырабатывает микроволновую энергию, поэтому в магнетронах с переменной выходной мощностью напряжение нити часто контролируется электронной схемой, сохраняя нить накала. при оптимальной температуре.
  • Источник питания высокого напряжения

    Источник высокого напряжения — это фактический источник питания магнетрона, поскольку он обеспечивает энергию для ускорения электронов.Источник высокого напряжения всегда является источником постоянного тока, в зависимости от выходной мощности и области применения доступны различные типы источников питания. Типичные значения напряжения находятся в диапазоне от 2 кВ (2000 В) до 15 кВ и выше, при токах питания от нескольких 100 мА до нескольких А.

Срок службы магнетронов

Хотя некоторые другие факторы могут повлиять на срок службы магнетрона, например недостаточное время предварительного нагрева для нити накала или скачки напряжения на источнике высокого напряжения, при нормальной работе оно ограничивается в основном сроком службы нити накала.Из-за испарения тория и «пескоструйного эффекта», вызванного обратной бомбардировкой электронов, нить накала изнашивается, что дает магнетрону ограниченный срок службы, который обычно составляет от 2000 до 10.000 часов. Чтобы продлить срок службы, необходимо учитывать следующие моменты:

  • Обращение и хранение

    Нити магнетронов, особенно сделанные из торированного вольфрама, довольно хрупкие и могут быть легко разрушены ударами или сильными вибрациями.Кроме того, загрязнение корпуса фильтра или антенны грязью или пылью может привести к преждевременному выходу из строя магнетронов, поэтому с ними следует обращаться осторожно и безопасно хранить в их оригинальной упаковке до тех пор, пока они не будут установлены внутри микроволнового генератора.
  • Подача нити

    Максимальный срок службы магнетрона может быть достигнут только в том случае, если температура нити накала поддерживается постоянной во всех режимах работы. Поэтому следует часто проверять подачу нити, по крайней мере, перед установкой нового магнетрона.Это особенно важно в случае электронных (переменных) филаментов.
  • Пусковая секция

    Пусковая секция отвечает за передачу микроволновой энергии от магнетрона в волноводную систему, неправильно спроектированные или плохо обслуживаемые пусковые установки приводят к недостаточной связи и перегреву магнетрона.
  • Согласование нагрузки

    Плохо согласованные нагрузки вызывают перегрев магнетрона из-за отраженной микроволновой энергии. Нагрузки всегда должны согласовываться с использованием подходящих элементов настройки, если импеданс нагрузки изменяется во время работы, следует установить автонастройки или циркуляторы для защиты магнетрона.
  • Циркуляторы

    Циркуляторы — самый безопасный вариант для защиты магнетронов в приложениях с большой мощностью. Однако циркуляционные насосы требуют регулярного обслуживания, чтобы гарантировать, что они работают в соответствии со спецификациями и эффективно защищают магнетрон.
  • Система охлаждения

    Магнетроны требуют охлаждения тела анода, корпуса фильтра и антенны. В частности, охлаждающий воздух для корпуса фильтра и антенны должен быть чистым, сухим и без пыли. Если корпус анода имеет водяное охлаждение, убедитесь, что вода хорошего качества и не приводит к образованию накипи в охлаждающих каналах.
  • Система управления

    Магнетроны высокой мощности и магнетроны с регулируемой выходной мощностью используют электронные системы управления для контроля и регулирования подачи высокого напряжения, анодного тока, выходной мощности и нагрева нити. Эти системы управления следует проверять на регулярной основе, не позднее, чем перед установкой нового магнетрона.

В случае, если ваша микроволновая система недостаточно эффективна или ваши магнетроны достигают только короткого срока службы, пожалуйста, свяжитесь с нами, у нас есть необходимый опыт и оборудование, чтобы тщательно проверить вашу систему и вернуть ее в состояние «как новое».

Полостной магнетрон. Факты для детей

Магнетрон со снятой секцией (магнит не показан) Полный магнетрон для микроволновой печи, с магнитом и радиатором

Магнетрон с резонатором представляет собой мощную вакуумную лампу, которая излучает микроволны, используя взаимодействие потока электронов с магнитным полем. Электроны проходят через отверстия (полости), и резонанс создает микроволны, подобно тому, как дуновение воздуха на флейте создает звук (звуковые волны) определенной высоты. Магнетронный тип более ранней магнетронной трубки с резонансным резонатором был изобретен Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом в 1940 году.Высокая мощность импульсов от магнетрона резонатора сделала радар сантиметрового диапазона практичным. Радары с более короткими длинами волн позволяли обнаруживать более мелкие объекты. Небольшая полость магнетронной трубки значительно уменьшила размер радиолокационных станций, чтобы их можно было использовать в самолетах и ​​кораблях, используемых для поиска подводных лодок. В настоящее время резонаторные магнетроны широко используются в микроволновых печах и в различных радиолокационных устройствах.

Детские картинки

  • Магнетрон с разъемным анодом (ок. 1935 г.). (слева) Трубка без покрытия высотой около 11 см. (справа) Устанавливается для использования между полюсами сильного постоянного магнита

  • Изображение магнетрона с резонатором 1984 года в разрезе. Часть правого магнита и медного анодного блока вырезаны, чтобы показать катод и полости. В этом более старом магнетроне используются два алнико-магнита в форме подковы, в современных лампах используются редкоземельные магниты.

  • 9,375 ГГц Узел магнетрона мощностью 20 кВт (пик) для раннего коммерческого радара аэропорта в 1947 году.В дополнение к магнетрону (справа) он содержит трубку переключателя TR (передача / прием) и передний конец супергетеродинного приемника, гетеродин с рефлексной клистронной трубкой 2K25 и смеситель на германиевых диодах 1N21. Отверстие волновода (слева) соединено с волноводом, идущим к антенне.

  • Анодный блок, который является частью магнетрона резонатора, разработанный Рэндаллом и Бутом

  • Устаревшие магнетронная трубка и магниты на 9 ГГц от советского авиационного радара.Трубка зажата между полюсами двух подковообразных магнитов (вверху, внизу) , которые создают магнитное поле вдоль оси трубки. Микроволны излучаются из апертуры волновода (вверху) , которая при использовании прикреплена к волноводу, проводящему микроволны к антенне радара. В современных лампах используются магниты из редкоземельных элементов, электромагниты или ферритовые магниты, которые намного менее громоздки.

Как работает микроволновая печь?

Микроволновая печь или микроволновая печь — это кухонный прибор, который используется для нагрева пищи и для этого использует электромагнитное излучение (микроволны).По сути, микроволны генерируются с помощью магнетрона (мощная вакуумная трубка, которая генерирует микроволны, используя взаимодействие потока электронов с магнитное поле) и направили в металлический ящик, в котором хранится нагретая еда и не пропускаются микроволны. Микроволны — это форма неионизирующего электромагнитное излучение — часть спектра электромагнитных волн, которая обычно используется в телекоммуникациях, в детекторах радаров, в радиоастрономии, для обработки и сушки древесины, для GPS-навигации и лечения некоторых заболеваний.Они имеют частоты от 300 МГц (0,3 ГГц) до 300 МГц. ГГц. В бытовых духовках обычно используются микроволновые печи с частотой 2,45 ГГц. Вода, жир и другие вещества в пище вырабатывают тепло за счет поглощения энергии пищи. микроволны в процессе, называемом диэлектрическим нагревом. Многие молекулы являются электрическими диполями, а это означает, что их центры магнитных полюсов не находятся в одном точка (и с этим они сокращаются), но в два. Вот почему они пытаются согласовать с электромагнитным полем генерируемых микроволн.Это поле поочередно, так что диполи вращаются и сталкиваются, пытаясь выровняться. Это вращение и столкновение — это кинетическая энергия, которая проявляется в виде тепла, и именно так еда разогревается в микроволновой печи.

Поскольку микроволновые печи могут готовить неравномерно, у них часто есть поворотные столы, на которых пища помещается в контейнер, или мешалка, тип вентилятора, который отражает микроволновая энергия к различным частям духовки. Это предотвратит появление более холодных или горячих точек в пище.Микроволновые печи готовят пищу «изнутри». Эта идея исходит из случаев, когда абсорбирующий слой воды находится под менее абсорбирующим сушильным слоем на поверхности продукта. Если еда более однородная структурированные или достаточно однородные, микроволны поглощаются внешними слоями изделия так же, как тепло от других методов нагрева. Подогрев пищи зависит от того, как вода и другие абсорбирующие материалы распределяются в пище.

Если в микроволновую печь поместить металлический или проводящий объект, он будет действовать как антенна, генерировать электрический ток внутри себя и начать нагреваться.Когда они спроектированы правильно, эти металлические предметы могут выступать в качестве дополнительных нагревательных элементов. Но не все металлические предметы можно, кроме как в микроволновку. Если они имеют заостренные части, они могут вызвать электрическую дугу (искры) при нагревании в микроволновой печи. Эти объекты накапливают в своих точках электрический заряд, который может быть настолько высоким, что вызывают диэлектрический пробой воздуха, около 3 мегавольт на метр и вместе с ним электрические дуги. Даже алюминиевая фольга, если она сморщена, может вызвать это явление. Электрическая дуга может вызвать пожар.

Некоторые виды пластика не следует использовать в микроволновых печах, потому что при нагревании они могут выделять токсичные химические вещества. Только пластик с пометкой «микроволновая печь». безопасно »следует использовать в микроволновых печах.

У большинства микроволновых печей есть дверца с окном для удобного просмотра, но это окно имеет слой проводящей сетки, которая защищает от микроволн. утечка. Перфорационные отверстия в сетке имеют намного меньший диаметр, чем длина волны микроволн (12.2 см), микроволновое излучение не может проходить через дверь в то время как видимый свет может (свет имеет гораздо более короткую длину волны).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *