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:
- сверхвысокочастотное;
- электрическое;
- 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:Средний рейтинг: 4.9 из 5.
Магнетрон – это электронный прибор, преобразующий колебания со сверхвысокой частотой используя принцип модуляцию электронов в потоке. В магнетроне происходит взаимодействие магнитных и электрических полей со сверх большой силой. Самая распространенная форма магнетрона – это многорезонаторный тип. Создан был этот прибор в 1921 в США. Эксперименты с ним продолжались очень много времени, пока не были открыты его свойства нагревать.
В результате работ, были созданы самые различные его виды и разновидности, нашедшие свое применение в самых различных отраслях электроники. В статье будет рассказано о том, где они используются, чем отличаются друг от друга и какую структуру они имеют. В качестве дополнения, статья содержит два видеоматериала и одну научно-популярную статью.
Магнетрон для микроволновой печи.
Что такое магнетрон
Микроволновки могут сильно различаться между собой, но есть одна деталь, без которой не сможет работать ни одна существующая модель, будь то Самсунг, Филипс или другая известная марка. Именно от качественного магнетрона и зависит вся работа СВЧ-печки. Из чего же состоит эта деталь?
- Для излучения волн прибор оснащен специальной антенной.
- Для изоляции антенны от рабочей поверхности используется специальный цилиндр, изготовленный из качественного металла.
- За распределение магнитных полей отвечает особый магнитопровод.
- А вот за распределение потоков отвечают магниты.
- Для того чтобы деталь не перегревалась, важной комплектующей для нее является радиатор.
- Чтобы излучения микроволновой печи не приносили вреда, магнетрон оснащен специальными фильтрами.
Магнетрон – что такое.
Схема устройства
Такая конструкция как магнетрон, понятна только профессионалам. Ремонтировать ее самостоятельно – процесс трудоемкий и неблагодарный. Если вы уверены в том, что проблема именно в нем, лучше обратиться к специалисту. Изучив устройство магнетрона, становится понятно, что из строя выходит не вся деталь.
Возможно, не работает какая-то из его частей, что и необходимо установить. Существует несколько распространенных причин поломки. Как проверить магнетрон и узнать, где именно кроется неисправность?
- Одной из важных составляющих магнетрона является специальный колпачок, который сохраняет вакуумность трубы. Если проблема в нем, то заменить его не составит труда.
- Если деталь перегревается, то значит, из строя вышел радиатор.
- Из-за перегрева может произойти обрыв нити накаливания. Для диагностики этой неисправности потребуется специальный тестер. В рабочем состоянии нить показывает напряжение 5-7 Ом. Если она вышла из строя, то напряжение упадет до 2-3 Ом, если же произошел обрыв, то прибор покажет бесконечность.
- Поломка фильтра проверяется тестером. Если деталь исправна, прибор покажет бесконечность, в случае поломки – вы увидите численное сопротивление.
Существуют поломки, которые вы не сможете диагностировать самостоятельно. Для этого необходимо обладать не только знаниями, но и специальным оборудованием.
Устройство магнетрона.
Магнетрон – специальный электронный прибор, в котором генерирование сверхвысокочастотных колебаний (СВЧ-колебаний) осуществляется модуляцией электронного потока по скорости. Магнетроны значительно расширили область применения нагрева токами высокой и сверхвысокой частоты.
Как проверить прибор
Цена замены этой детали настолько высока, что многие предпочитают приобрести новую микроволновку, а не ремонтировать старую. Прежде чем отправить испортившийся прибор на помойку, необходимо убедиться в том, что проблема именно в этой дорогостоящей детали. Для этого необходимо проделать определенные манипуляции:
- Первое, что вы должны сделать, чтобы проверить магнетрон – это отключить питание в микроволновке, выключив устройство из сети.
- Осмотрите внутренние стенки микроволновой печи. В случае неисправности магнетрона, вы обнаружите оплавленные участки, потемневшие или сгоревшие стены.
- Если внешних признаков нет, необходимо произвести диагностику тестером.
- Проверьте, исправен ли предохранитель.
Основными признаками того, что магнетрон вышел из строя, являются странные звуки, дым или искры из печи. После таких внешних проявлений микроволновка перестает корректно работать. Если у вас дорогостоящая модель СВЧ, то разумней все же заменить поломавшуюся деталь, а не покупать новую печку. Конечно, лучше всего обратиться в сервисный центр, но можно попробовать произвести замену самостоятельно.
Покупая новый магнетрон, обратите внимание на то, чтобы совпадала мощность, соответствовали контакты и отверстия для крепления. В противном случае вы рискуете приобрести бесполезную деталь. В таблице ниже приведена мощность и взаимозаменяемость устройства.
Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.
Подсоединить новый магнетрон не составляет труда, так как он имеет всего два основных контакта. Подробная информация обо всех обозначениях есть на схеме, главное, проверить соответствие следующих частей устройства:
- Антенна должна соответствовать диаметру заводской.
- Следите за плотным прилеганием нового устройства к волноводу.
- Длина неисправной антенны должна соответствовать новой.
Лучше всего, выкрутить старую деталь и отправиться в сервис с ней, чтобы специалисты подобрали вам нужную.
Микроволновка – незаменимая помощница на любой кухне. С ее помощью можно и быстро подогреть еду, и приготовить вкусное блюдо. Поломка этого технического чуда вызывает некоторый ступор и парализует привычный ритм жизни. Многие из существующих неисправностей СВЧ можно решить самостоятельно, но если из строя вышел магнетрон, обратитесь к специалисту. Производить ремонт самостоятельно опасно не только для техники, но и для вас.
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.
Из чего состоит магнетрон
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.
Внутреннее строение магнетрона.
Типы устройства
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.
- В радиолокационных станциях используются коаксиальные магнетроны с быстрым изменением частоты. Это позволяет расширить тактико-технические свойства локаторов.
Проверка магнетрона тестером.
Выбор и приобретение детали
Чтобы самому приобрести магнетрон для домашней микроволновой печи, необходимо изучить и разобраться в маркировке, выяснить, какие бывают их виды, и их параметры. 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 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.
Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.
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.
Возможные неисправности
Внутренняя схема магнетрона содержит множество деталей, и, если случается поломка, то причина может крыться именно в них. Случается так, что одна из частей пришла в негодность, но влияет на работу всей лампы. Следует понять, в чем причина неисправности, и решить проблему в домашних условиях. Как именно, мы расскажем далее.
- Металлический колпачок отвечает за сохранность вакуума внутри трубы.Зачастую он ломается, и требуется новая замена;
- Радиатор может прийти в негодность, если деталь перегорает;
- Нить накаливания в результате перегрева может оборваться. Для выявления такой неисправности нужен специальный прибор;
- Фильтр может также перестать нормально функционировать, следует проверять тестером. Исправный элемент будет показывать бесконечность, а сломанный – численное сопротивление;
- Изменение герметичности детали из-за перегрева;
- Нарушение работы высоковольтного диода;
- Неисправность конденсатора высокого напряжения;
- Разлом контактов предохранителя, основная задача которого не допускать перегрева.
Установка и подключение нового устройства
Заменить магнетрон стоит после визуальной диагностики и попыток монтажа, если ничего не вышло – значит настало время установки новой детали. Помощь в подключении магнетрона вам могут предоставить в сервисном центре, но и сделать это своими руками будет несложно.
При покупке стоит быть внимательным: выбирайте аналогичную старой по мощности и расположению выходов деталь. Поскольку у магнетрона всего два контакта, то подсоединить его не составит труда. Во внимание стоит взять некоторые нюансы:
- длина нового магнетрона, также как и диаметр антенны должны совпадать со сломанной деталью;
- при установке убедитесь в достаточном примыкании детали к волноводу.
Самым оптимальным вариантом станет поход в сервисный центр со старой деталью, где обученные люди смогут подобрать нужный товар и установить его.
Устройство микроволновой печи.
Полезные советы
При работе микроволновки вы обнаружили нехарактерный треск и шум, появление искр – прекратите использование, отсоедините от сети. Такая ситуация может привести к возгоранию без должного монтажа. Причиной может стать перегрев и перегорание колпачка, из-за которого печь начинает искрить. Поиск поломки и ее ликвидация будет стоить в разы дешевле, чем приобретение новой детали, поэтому оттягивать не стоит.
Слюдяная накладка бережет гнездо волновода от попадания в него пищевых отходов. Она может прийти в негодность, при обнаружении неполадок в системе колпачка, а это влияет на работоспособность магнетрона. Основное требование к слюдяной накладке: она должна содержаться в чистоте, т.к. жир под действием температур может проводить электрический ток и, как следствие, образует искры в камере.
Нестабильное напряжение в помещении негативно сказывается на СВЧ-печи. В такой ситуации лучше осуществлять работу устройства через стабилизатор. При уменьшении мощности износ катода прибора происходит чаще, т.е. при напряжении в объеме 200 Вт в два раза падает сила работы электронной лампы.
Не всегда поломка микроволновки связана со схемой питания и магнетроном. Прежде чем искать причину сбоя в них, проверьте внешний вид слюдяной пластины и степень напряжения в местах подключения устройства к сети питания.
Микроволновая печь – это важный бытовой предмет в современном укладе жизни, с множеством функций и задач, которые облегчают жизнь человека. Но для долгой и качественной работы нужно следить за внешним видом прибора, содержать его в чистоте и эксплуатировать согласно рекомендациям производителя.
Устройство магнетрона.
Заключение
Рейтинг автора
Автор статьи
Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.
Написано статей
Более подробную информацию об устройстве и использовании магнетрона можно узнать из статьи Что такое безнакальные магнетроны. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.
А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:
www.electrosam.ru
www.ekb-holod.ru
www.tehnika.expert
www.youtwig.ru
www.vsem-zapchast.ru
www.magnetronic.kiev.ua
Проекты каркасных домов с фото
Предыдущая
Вакуумные приборыЧто такое пентоды и где они применяются
СледующаяВакуумные приборыЧто такое клистрон и как он работает
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.
Похожие темы:
Магнетрон — это… Что такое Магнетрон?
МагнетронМагнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем.
История
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
Магнетрон в продольном сечении 
Схема конструкции магнетронаРезонансный 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
Схема работы магнетронаЭлектроны 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
Предупреждающий знак «Опасно. Радиоизлучение»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.
Источники
- ↑ The Magnetron. Bournemouth University (1995-2009). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 23 августа 2009.
- ↑ Я. З. Перпя. Как работает радиолокатор. Оборонгиз, 1955
- ↑ Schroter, B. (Spring 2008). «How important was Tizard’s Box of Tricks?». Imperial Engineer 8: 10. Проверено 2009-08-23.
- ↑ Who Was Alan Dower Blumlein?. Dora Media Productions (1999-2007). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 23 августа 2009.
Принцип работы и устройство магнетрона
Магнетроны применяются для получения колебаний высокой частоты. Они незаменимы в электронике и радиотехнике; устанавливаются в радиолокационных стациях, для высокочастотного нагрева, для ускорения заряженных частиц. В основе действия магнетрона лежит взаимодействие сильных электрических и магнитных полей, результатом чего является генерация колебаний высоких частот. Наиболее популярных видом магнетрона является многорезонаторный магнетрон.
Конструкция многорезонаторного магнетрона
Его о
сновой является анодный блок, который представляет собой толстостенный полый медный цилиндр, в стенках которого вырезаны полости, соединённые с центральным пространством щелями. Эти полости представляют собой кольцевую систему объёмных резонаторов.
В центре анодного блока высверлено широкое круглое отверстие, через которое подключается источник питания посредством специальных выводов к катоду (подогреваемая нить накала), который проходит вдоль центральной оси анода. Вывод высокочастотных колебаний устанавливается в одном из резонаторов. Торцы цилиндра герметично закрыты медными крышками, а внутри обеспечивается вакуум высокой степени. Эффективное охлаждение блока обеспечивается ребристыми радиаторами, расположенными на его поверхности.
Принцип действия магнетрона
Весь анодный блок устанавливается в сильное магнитное поле, которое создаётся постоянными магнитами. Между катодом и анодом устанавливается высокое электрическое напряжение, при этом положительный полюс прикладывается к аноду. Электроны, которые вылетают из катода под действием электрического поля, двигаются в радиальном направлении к аноду, однако под влиянием магнитного поля меняют траекторию движения.
При определённых величинах магнитного и электрического полей удаётся добиться такого состояния, когда электроны, описывая окружность, в итоге пройдя рядом с анодом, вновь возвращаются на катод, а на анод попадает только незначительная часть вылетевших электронов. Большая часть их возвращается обратно в область катода.
При некоторых условиях динамического равновесия, возвращающиеся в область катода электроны заменяются вылетевшими вновь. Поскольку электроны постоянно перемещаются от катода к аноду, возле последнего рядом со щелями объёмных резонаторов устанавливается постоянно вращающийся заряд кольцеобразной формы. По мере движения по окружности центральной полости анодного блока электроны возбуждают в каждом резонаторе незатухающие высокочастотные колебания.
Выводятся эти колебания посредством витка проводов, расположенного в полости одного из резонаторов, которые затем передаются в коаксиальную линию или волновод.
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.
В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц
При наличии электромагнитного поля, они начинают «выстраиваться»: «плюс» направлен в одну сторону, «минус» в другую. Когда поле меняет полярность, молекулы «разворачиваются» на 180 градусов.
В СВЧ-печах микроволны имеют частоту 2450 Мгц. 1 герц = 1 колебанию за секунду. Мегагерц – миллион колебаний. Полярность меняется дважды за один период волны.
Когда на продукты воздействует микроволновое излучение, молекулы в них начинают вращаться чаще, буквально стираясь друг о друга. При этом выделяется тепло, которое и служит источником нагрева продуктов.
Нагрев пищи микроволнами можно сравнить с тем, как греются ладони, если тереть ими одна об другую. «Волны» воздействуют только на поверхностный слой пищи, проникая не глубже 1 – 3 см.
Но, тепло «идет» дальше – включается физика теплопроводности. Отсюда же следует совет: если нужно разогреть большой кусок мяса, лучше выставить микроволновую печь на среднюю мощность. Так он прогреется лучше, хоть на это и уйдет больше времени. Тепло из наружных слоев начнет проникать внутрь.
Аналогично дела обстоят и с супами: их лучше периодически вынимать из печи и перемешивать, помогая теплу пробиться внутрь.
В выпускаемых сейчас моделях печей может быть функция «Двойного излучения» — это говорит о раздвоенном источнике излучения. Благодаря этому разделению продукты прогреваются равномернее, а СВЧ-печь имеет повышенный КПД.
Схема СВЧ печи
Наглядным примером послужит модель микроволновки Samsung RE290D. Принципиальная электрическая схема поможет понять, как работают печи от любых производителей. Отличаться они могут разве что специфическими модификациями. Сама схема представлена на фото.
В левой части заметно, что заземляющий контакт вилки соединяется с корпусом, а тот подключен от средней точки конденсаторной развязки фильтра, снижающего помехи высокочастотного излучения.
В области входа питания находится предохранитель плавного типа – FU1. Для проверки его состояния пользуются электрическими методами – прозванивают цепь мультиметром, работающим в режиме омметра.
Есть второй предохранитель, защищающий микроволновку от работы в аварийном режиме, например, когда неисправны микровыключатели дверцы.
Чтобы магнетрон – источник излучения, начал «работать», контакты исправности дверцы размыкаются, а все остальные – замыкаются. Если их отключить, причем любой, то с высоковольтного трансформатора снимется питающее напряжение.
В схеме есть термические предохранители-датчики (2 шт.), которые, в зависимости от температуры корпуса магнетрона и рабочей камеры, размыкаются и замыкаются. У первого – периодическая работа. Он защищает магнетрон от перегрева. Второй срабатывает, если неисправен вентилятор или засорились вентиляционные отверстия.
СВЧ Samsung RE290D
Контакт страхующего реле обеспечивает подключение электродвигателей таймера и охлаждающего вентилятора. Если предохранитель «Monitor Fuse» перегорит, обмотка реле выходит из строя.
Переключатель, отвечающий за выбор мощности, находится на таймере. Он, следуя алгоритмам, снимает напряжение со схемы магнетрона.
Резистор R1 кратковременно снижает пусковой ток трансформатора. Для этого требуется работоспособный релейный контакт «Inrush Relay».
Его задача – ограничение импульса, вызванного разрядом конденсатора (он может получить заряд до того, как включится). Это обеспечивает плавный запуск микроволновой печи.
Силовая схема этой печи от Самсунг проста для тех, кто в этом разбирается. Главное различие в СВЧ-печах – электронные блоки, с разной конструкцией и функциональными возможностями.
Устройство микроволновки
Внутри микроволновки есть несколько обязательных деталей, поэтому не лишним будет знать, какова их роль. Внутреннее строение имеет следующую конструкцию: металлическая камера, в которой происходит нагрев пищи и дверца, предотвращающая выход излучения наружу.
Чтобы продукты питания разогревались равномернее, для этого в камере предусмотрен вращающийся столик, работающий от мото-редуктора (мотора). Но есть и другие ответственные детали.
Блок управления
Блок управления СВЧ
Панель управления бывает:
- механической;
- электронной.
Блок управления поддерживает заданную мощность и выключает устройство по истечении заданного времени.
Внутри электронного блока – микроЭВМ с богатым потенциалом, поэтому в ходе производства печей ему находят другое применение. Например, встраивают часы или отрывки мелодий, которые сигнализируют об окончании работы.
Блок управления – схема, с которой напрямую взаимодействует человек. Рабочими органами выступают: кнопки, механические переключатели, регуляторы, при помощи которых выставляются параметры работы. Посредством них задается мощность, выбирается режим, программа.
Сама схема устроена по-разному. Простейшая представляет собой круговые регуляторы, один из которых – таймер. Бывает и гибридная система – с кнопками. Она, по сравнению с «механикой» более функциональна.
Все чаще встречается блок управления в виде сенсорной панели. Принципом работы она аналогична механическим кнопкам, только надежнее. Продвинутые схемы поддерживают «программирование» — настраивается мощность и время выдачи излучения.
Блок генерации СВЧ излучения
Это «сердце» микроволновой печи. Выглядит элемент как вакуумная лампа, которую можно было встретить в старых кинескопных телевизорах.
Его задача – генерирование интенсивной электромагнитной волны высокой частоты. Когда электроны проходят через магнитное поле – образуется волна, длина которой бывает разной.
Блок генерации включает не единственный СВЧ-источник. Чтобы волны поступали в рабочую зону печи, в ней предусмотрены волноводы. Расположены они за слюдяной пластиной, которая «прячется» за боковой стенкой.
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.
Контрольный датчик
Чтобы защитить человека от воздействия микроволн, в СВЧ-печах есть запорный механизм, состоящих из нескольких выключателей:
- Primary Switch;
- Secondary Switch;
- Door Switch;
- Monitor Switch.
Блок, генерирующий СВЧ-излучение, начнет работать только тогда, когда замкнутся контакты первичного и вторичного выключателей (закроется дверца).
Задача дверного (door) выключателя – блокировать работу реле регулировки мощности. Устанавливается он преимущественно в технике с электронным блоком управления.
Функции микроволновки
Разогрев пищи в СВЧ
Микроволновую печь большинство используют просто для нагрева пищи. Но эта техника способна на большее. С ее помощью можно даже готовить шашлык, курицу-гриль, выпекать картошку и так далее.
Единственное, режим «гриль» требует мощности в 1500 Вт, значит света «тянуть» печь будет немало. Да и магнетрон – блок, генерирующий излучение, не вечен.
Поэтому, чем реже пользоваться печью, тем дольше она прослужит. Сейчас редко кто полностью отказывается от традиционных плит в пользу микроволновок.
Перечь функций, доступных в СВЧ-печах и их назначение:
- подвижный гриль. Позволяет менять угол наклона. Те, кто предпочитает курицу-гриль, выбирают печи с этой функцией;
- конвекция. Обдув продуктов питания горячим воздухом. Как заявляют производители, эта функция предназначена для выпекания. Правда, модели печей с нею дорогие, тяжелые и громоздкие. Неудивительно, так как сзади техники ставится немаленький вентилятор, нагнетающий воздух;
- биопокрытие. Иначе – керамическое покрытие, хотя производители именуют их по-разному. Его преимущества: стойкость, прочность, биологическая инертность (микробы не будут размножаться внутри печи, даже если долго ее не мыть). Чем дороже модель микроволновки, тем «навороченней» в ней покрытие;
- автоприготовление. Это функция, встречающаяся в технике компании LG. Есть программы, полностью автоматизированные, предназначенные для готовки определенного блюда. К примеру, готовится каша. С этим режимом остается только выбрать вес продукта, а мощность и время зададутся автоматически;
- размораживание. Все просто – печь работает на минимальной мощности, необходимой для разморозки продуктов;
- Intellowave. Система, позволяющая равномерно прогреть еду, например, большой кусок мяса. Встроенные датчики «наблюдают» за отдельными участками продукта, определяя температуру поверхности и регулируя мощность;
- подача пара. Дополнительная возможность, предотвращающая пересушивание пищи в ходе приготовления;
- проветривание рабочей камеры. Полезно, если хочется, чтобы новое блюдо не пропиталось оставшимися запахами.
Это основные функции, но они постоянно дополняются новыми.
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.
Магнетрон СВЧ
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.
Анод магнетрона выполнен в форме цилиндра с полостями. Внутри него расположен катод с нитью накаливания. По краям анода находятся кольцевые магниты, образуемые магнитное поле. Из-за них электроны не способны напрямую двигаться от катода к аноду.
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.
У магнетронов простая конструкция, поэтому применяются они не только в микроволновых печах, но и в радиолокации.
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.
С заменой справится любой, кто хоть раз держал в руках отвертку и умеет прозванивать диоды. Знания касаемо принципа работы, устройства и коэффициента полезного действия элемента не потребуются. Не всегда можно отыскать такой же магнетрон, что и был
.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.
Вконтакте
Google+
Как работает магнетрон | yourmicrowell.ru
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.
В.И. Коробейников. «Вечный двигатель в вопросах и ответах. Магнетрон»
Г.С. Сапунов «Магнетроны»
Магнетрон, Часть 1. Принципы применения и работы
Полость магнетрона с вакуумными трубками практически устарела (за исключением миллионов потребительских микроволновых печей. Его разработка была ключом к высокоэффективной РЛС Второй мировой войны, а также привела к созданию других радиочастотных / приборы микроволновые вакуумные.
Вакуумные трубки такие «вчера», не так ли? Они были сделаны устаревшими и вытеснены твердотельными устройствами по многим причинам, за исключением некоторых узкоспециализированных приложений, таких как некоторые радиолокационные передатчики.Точно так же почтенная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая десятилетиями использовалась в домашних телевизорах, осциллографах, пользовательских консолях, мониторах и всевозможных дисплеях, была заменена устройствами с плоским экраном
Конечно, ЭЛТ исчезли, но есть еще одна вакуумная трубка, которая выживет с широким использованием в конкретном применении — хотя во многих других она в значительной степени устарела. Как так? Если на вашей кухне есть микроволновая печь, в вашем доме есть вакуумная трубка, называемая магнетроном. Тем не менее, по мнению многих экспертов и историков, это скромное, непритязательное активное устройство также изменило ход Второй мировой войны.
В. Что такое магнетрон?
A: Магнетрон — это специальная вакуумная трубка, которая выполняет одну функцию: это источник мощного генератора для частот от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц. В зависимости от размера и других факторов, он может производить десятки и сотни ватт в киловатты.
В: Зачем вообще изучать это уникальное и несколько устаревшее устройство?
A: Есть по крайней мере три причины: он все еще широко используется, и миллионы делаются каждый год; крупные используются для радиолокационных и радиовещательных операций; и он научил ученых и инженеров электронным устройствам, которые используют электромагнитные принципы и сочетают в себе электрические и магнитные поля РЧ и многое другое, что привело к появлению важных устройств РЧ / СВЧ, таких как трубка бегущей волны (ЛБВ).
В: Каков физический принцип и основное расположение магнетрона?
A: В отличие от генератора, построенного вокруг резонансного контура, состоящего из дискретных индукторов и конденсаторов, магнетрон использует уникальную физическую структуру в сочетании с комбинацией электрических полей, движения электронов и магнитных полей в замкнутой металлической полости. Хотя магнетрон представляет собой вакуумную трубку, он очень сильно отличается от обычной вакуумной трубки, в которой используются электроны, испускаемые из нагретого катода, и которые движутся по прямой линии к положительно заряженному аноду, причем их путь перемещения модулируется электрическим полем промежуточная сетка.
У обычной вакуумной трубки нет магнитного аспекта. Напротив, магнетрон представляет собой устройство «скрещенного поля», которое использует электрическое поле в сочетании с магнитным полем, причем их линии энергии-поля расположены под прямым углом друг к другу. (Название «магнетрон» представляет собой сочетание «магнитный» и «электронный»)
В. Как работает магнетрон?
A: Анализ магнетрона может варьироваться от качественного объяснения до высокотехнологичного анализа с использованием продвинутой теории электромагнитного поля и математики.Мы будем использовать более качественный подход.
В: Каково физическое расположение магнетрона?
Рис. 1. В магнетроне вакуумной трубки используются резонирующие полости в ее аноде, в которые электроны, испускаемые нагретым катодом, направляются мощным статическим магнитным полем под прямым углом. (Изображение: Hyperphysics / Georgia State University)
A: Основной, первый магнетрон — и, конечно, есть много вариантов — использовал твердый медный блок (для рассеивания тепла), просверленный с отверстиями (называемыми полостями) (рис. 1) .Размер этих полостей имеет решающее значение для установления рабочей частоты магнетрона. Эта физическая конструкция и расположение радикально отличаются от вакуумной трубки со стеклянной оболочкой, которая использовалась для эффективной генерации коротких длин волн и высоких частот, необходимых для радиочастотных / микроволновых конструкций (1 ГГц = 1000 МГц = 0,3 метра = 30 см). ,
В: Как работает эта схема при включении?
A: Катод в центре (который нагревается нитью накала) испускает электроны таким же образом, как катод стеклянной вакуумной трубки, но на этом их сходство заканчивается.Эти электроны обычно притягиваются и распространяются в виде радиальных спиц на внешнее кольцо в виде анода, который заряжен положительно (подобно пластине трубки). Однако имеется сильное статическое магнитное поле (синие линии), выровненное по оси магнетронного сердечника. Это поле заставляет электроны вместо этого перемещаться в виде кругового потока к внешнему кольцу (красные линии). Первоначально магнитное поле создавалось электромагнитами, но, поскольку спустя годы появились более мощные постоянные магниты, они использовались вместо них.
В: Кажется, что все, что было сделано, — это сместить статический электрический поток, и нет колебаний — так как же магнетрон производит колебания?
A: Магнитное поле отклоняет электроны, и они «проникают» по кругу. При этом они «качают» на собственной резонансной частоте полостей. Результирующий ток вокруг полостей заставляет их излучать электромагнитную энергию на резонансной частоте полостей.
В: Это все? Чем полезна эта резонансная энергия?
A: С точки зрения физики, работа выполняется с электронами, и они поглощают энергию от источника питания, приложенного к аноду.Электроны продолжают качаться и достигают уровня энергии, при котором возникает избыточный отрицательный заряд, и этот заряд отталкивается вокруг полости. Это, в свою очередь, придает энергию колебаниям на собственной частоте резонатора (накачка). Полость аналогична резонансному резервуару LC: положительное заряженное поле расположено вдоль одного края открытой стороны полости, а отрицательное заряженное поле выровнено вдоль другого края, поэтому отдельный ряд функционирует как конденсатор с вакуумом. промежуток для расстояния.
В. Каким образом энергия колебаний извлекается из полости магнетрона и используется в системе?
A: коаксиальная муфта с датчиком точного размера вставлена сбоку в одну полость для захвата энергии от блока, Рисунок 2 ; он функционирует как приемная антенна для электромагнитной энергии.
Рис. 2. Частотно согласованный зонд вставлен в отверстие в одной из полостей для перехвата и извлечения колебательной радиочастотной энергии в магнетроне.(Изображение: EU Radar Tutorial)
В. Что задает частоту магнетронных колебаний?
A: Размер и расположение полостей задают частоту, поскольку они действуют как резонансные камеры. Магнетроны обычно имеют небольшой регулировочный винт для изменения размера полости, чтобы физические размеры можно было регулировать так, чтобы они резонировали с точно желаемой частотой, несмотря на неизбежные производственные допуски. Обратите внимание, что магнетрон является устройством с фиксированной частотой и не настраивается, хотя есть некоторые продвинутые и более сложные версии, которые имеют умеренный диапазон настройки.
Во второй части этого FAQ мы рассмотрим историю и роль магнетрона, а также его будущее и возможную гибель.
EE World Интернет Ссылки
Рекомендации
- Википедия, «Cavity Magnetron» (имеет ссылки на многие исторические ссылки)
- Объясните это, «Как работают магнетроны»
- Университет штата Джорджия, Гиперфизика, «Магнетрон»
- Университет штата Джорджия, Гиперфизика, «Микроволновые печи»
- Микроволновые печи101, «Магнетроны»
- Викинговая и технологическая история Wiki, «Cavity Magnetron»
- Музей клапанов, «CV64»
- Лампы и трубки, «CV64 Ранняя британская S-группа Cavity Magnetron»
- Учебное пособие по радару ЕС, «Магнетрон»
- Амплеон Н.В., «Твердотельная кулинария РФ»
- ARMMS РФ и Микроволновое общество, «Сводка развития магнетрона»
Магнетрон, Часть 1. Принципы применения и работы
Полость магнетрона с вакуумными трубками практически устарела (за исключением миллионов потребительских микроволновых печей. Его разработка была ключом к высокоэффективной РЛС Второй мировой войны, а также привела к созданию других радиочастотных / приборы микроволновые вакуумные.
Вакуумные трубки такие «вчера», не так ли? Они были сделаны устаревшими и вытеснены твердотельными устройствами по многим причинам, за исключением некоторых узкоспециализированных приложений, таких как некоторые радиолокационные передатчики.Точно так же почтенная электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая десятилетиями использовалась в домашних телевизорах, осциллографах, пользовательских консолях, мониторах и всевозможных дисплеях, была заменена устройствами с плоским экраном
Конечно, ЭЛТ исчезли, но есть еще одна вакуумная трубка, которая выживет с широким использованием в конкретном применении — хотя во многих других она в значительной степени устарела. Как так? Если на вашей кухне есть микроволновая печь, в вашем доме есть вакуумная трубка, называемая магнетроном. Тем не менее, по мнению многих экспертов и историков, это скромное, непритязательное активное устройство также изменило ход Второй мировой войны.
В. Что такое магнетрон?
A: Магнетрон — это специальная вакуумная трубка, которая выполняет одну функцию: это источник мощного генератора для частот от нескольких сотен МГц до нескольких ГГц. В зависимости от размера и других факторов, он может производить десятки и сотни ватт в киловатты.
В: Зачем вообще изучать это уникальное и несколько устаревшее устройство?
A: Есть по крайней мере три причины: он все еще широко используется, и миллионы делаются каждый год; крупные используются для радиолокационных и радиовещательных операций; и он научил ученых и инженеров электронным устройствам, которые используют электромагнитные принципы и сочетают в себе электрические и магнитные поля РЧ и многое другое, что привело к появлению важных устройств РЧ / СВЧ, таких как трубка бегущей волны (ЛБВ).
В: Каков физический принцип и основное расположение магнетрона?
A: В отличие от генератора, построенного вокруг резонансного контура, состоящего из дискретных индукторов и конденсаторов, магнетрон использует уникальную физическую структуру в сочетании с комбинацией электрических полей, движения электронов и магнитных полей в замкнутой металлической полости. Хотя магнетрон представляет собой вакуумную трубку, он очень сильно отличается от обычной вакуумной трубки, в которой используются электроны, испускаемые из нагретого катода, и которые движутся по прямой линии к положительно заряженному аноду, причем их путь перемещения модулируется электрическим полем промежуточная сетка.
У обычной вакуумной трубки нет магнитного аспекта. Напротив, магнетрон представляет собой устройство «скрещенного поля», которое использует электрическое поле в сочетании с магнитным полем, причем их линии энергии-поля расположены под прямым углом друг к другу. (Название «магнетрон» представляет собой сочетание «магнитный» и «электронный»)
В. Как работает магнетрон?
A: Анализ магнетрона может варьироваться от качественного объяснения до высокотехнологичного анализа с использованием продвинутой теории электромагнитного поля и математики.Мы будем использовать более качественный подход.
В: Каково физическое расположение магнетрона?
Рис. 1. В магнетроне вакуумной трубки используются резонаторные полости в его аноде, в которые электроны, испускаемые нагретым катодом, направляются мощным статическим магнитным полем под прямым углом. (Изображение: Hyperphysics / Georgia State University)
A: Основной, первый магнетрон — и, конечно, есть много вариантов — использовал твердый медный блок (для рассеивания тепла), просверленный с отверстиями (называемыми полостями) (рис. 1) .Размер этих полостей имеет решающее значение для установления рабочей частоты магнетрона. Эта физическая конструкция и расположение радикально отличаются от вакуумной трубки со стеклянной оболочкой, которая использовалась для эффективной генерации коротких длин волн и высоких частот, необходимых для радиочастотных / микроволновых конструкций (1 ГГц = 1000 МГц = 0,3 метра = 30 см). ,
В: Как работает эта схема при включении?
A: Катод в центре (который нагревается нитью накала) испускает электроны таким же образом, как катод стеклянной вакуумной трубки, но на этом их сходство заканчивается.Эти электроны обычно притягиваются и распространяются в виде радиальных спиц на внешнее кольцо в виде анода, который заряжен положительно (подобно пластине трубки). Однако имеется сильное статическое магнитное поле (синие линии), выровненное по оси магнетронного сердечника. Это поле заставляет электроны вместо этого перемещаться в виде кругового потока к внешнему кольцу (красные линии). Первоначально магнитное поле создавалось электромагнитами, но, поскольку спустя годы появились более мощные постоянные магниты, они использовались вместо них.
В: Кажется, что все, что было сделано, — это сместить статический электрический поток, и нет колебаний — так как же магнетрон производит колебания?
A: Магнитное поле отклоняет электроны, и они «проникают» по кругу. При этом они «качают» на собственной резонансной частоте полостей. Результирующий ток вокруг полостей заставляет их излучать электромагнитную энергию на резонансной частоте полостей.
В: Это все? Чем полезна эта резонансная энергия?
A: С точки зрения физики, работа выполняется с электронами, и они поглощают энергию от источника питания, приложенного к аноду.Электроны продолжают качаться и достигают уровня энергии, при котором возникает избыточный отрицательный заряд, и этот заряд отталкивается вокруг полости. Это, в свою очередь, придает энергию колебаниям на собственной частоте резонатора (накачка). Полость аналогична резонансному резервуару LC: положительное заряженное поле расположено вдоль одного края открытой стороны полости, а отрицательное заряженное поле выровнено вдоль другого края, поэтому отдельный ряд функционирует как конденсатор с вакуумом. промежуток для расстояния.
В. Каким образом энергия колебаний извлекается из полости магнетрона и используется в системе?
A: коаксиальная муфта с датчиком точного размера вставлена сбоку в одну полость для захвата энергии от блока, Рисунок 2 ; он функционирует как приемная антенна для электромагнитной энергии.
Рис. 2. Частотно согласованный зонд вставлен в отверстие в одной из полостей, чтобы перехватывать и извлекать колеблющуюся радиочастотную энергию в магнетроне.(Изображение: EU Radar Tutorial)
В. Что задает частоту магнетронных колебаний?
A: Размер и расположение полостей задают частоту, поскольку они действуют как резонансные камеры. Магнетроны обычно имеют небольшой регулировочный винт для изменения размера полости, чтобы физические размеры можно было регулировать так, чтобы они резонировали с точно желаемой частотой, несмотря на неизбежные производственные допуски. Обратите внимание, что магнетрон является устройством с фиксированной частотой и не настраивается, хотя есть некоторые продвинутые и более сложные версии, которые имеют умеренный диапазон настройки.
Во второй части этого FAQ мы рассмотрим историю и роль магнетрона, а также его будущее и возможную гибель.
EE World Интернет Ссылки
Рекомендации
- Википедия, «Cavity Magnetron» (имеет ссылки на многие исторические ссылки)
- Объясните это, «Как работают магнетроны»
- Университет штата Джорджия, Гиперфизика, «Магнетрон»
- Университет штата Джорджия, Гиперфизика, «Микроволновые печи»
- Микроволновые печи101, «Магнетроны»
- История техники и технологий Wiki, «Cavity Magnetron»
- Музей клапанов, «CV64»
- Лампы и трубки, «CV64 Ранняя британская S-группа Cavity Magnetron»
- Радар Учебное пособие ЕС, «Магнетрон»
- Амплеон Н.В., «Твердотельная кулинария РФ»
- АРММС РФ и Микроволновое общество, «Сводка развития магнетрона»
принцип действия и устройство
Чтобы получить частные и высокие колебания, используйте магнетроны. Электрические и магнитные поля действуют с большой силой. В результате возникают высокочастотные колебания. Часто используемая версия устройства является многорезонаторной. В таком магнетроне на электроны действуют только три поля:
- электрическое;
- магнитный;
- Микроволновая печь.
Магнетрон: что это такое и как оно появилось
Впервые этот термин был использован в 1921 году американским физиком А.Холл. Его исследования и эксперименты были продолжены, что привело к появлению многих разновидностей магнетронов, которые использовались в радиоэлектронике.
Патент на это изобретение был получен А. Жаке в 1924 году. Именно он изобрел современный магнетрон, принцип действия которого основан на взаимодействии двух полей.В последующее десятилетие появятся магнетроны для генерации микроволновых волн. Главной задачей было увеличение частоты колебаний, что удалось сделать только советским ученым.Они увеличили первоначальное значение в два раза, используя медь в качестве материала анода.
Устройство
Сердцем магнетрона является анодный блок, состоящий из медного цилиндра с пустотой внутри. В его центре есть полости, они представляют собой кольцевую систему трехмерных резонаторов. Посередине анода имеется отверстие, через которое проходит подключение к источнику питания.
Также анод соединен с катодом от него. Это нить накала, она нагревается и проходит через всю середину анода.Чтобы обеспечить выход высокочастотных колебаний, этот выход устанавливается в одном из резонаторов. Внутри анодного блока находится вакуум. Для его охлаждения на поверхности установлены ребристые радиаторы.Поместите этот блок так, чтобы он находился между магнитами, создавая магнитное поле достаточной силы.
Между анодом и катодом устанавливается напряжение, так что положительно заряженный полюс находится на аноде. Электроны с катода начинают двигаться из-за действия электрического поля.Они должны двигаться к аноду, и магнетрон, принцип действия которого находится в магнитном поле, образно возвращает его к катоду.Для достижения эффекта, когда электроны движутся вдоль описанной окружности и находятся рядом с анодом, но возвращаются, если можно наблюдать определенные условия в двух смежных областях. В этом состоянии только небольшая доля всех электронов, покидающих катод, остается на аноде.
Возвращаясь к катоду, заменили электроны. Этот процесс продолжается, образуя заряд около анода в виде кольца.Такой заряд начинает формироваться вблизи каждого резонатора, появляются незатухающие высокочастотные колебания. Выходными такими колебаниями могут быть витки проводов, размещая их в любом из резонаторов. Эти колебания затем передаются на волновод (или коаксиальную линию).
Магнетрон можно назвать микроволновым прибором, его генератором, вакуумом, движение электронов в нем происходит в двух полях: электронном и магнитном. Магнетрон создает принцип действия этих двух полей, которые образуют третье — микроволновое.
Применение
Они могут быть использованы в радиотехнике. Например, при составлении радиолокационных карт. Для этого, магнетрон должен состоять не только из рога облучателя, а также параболического отражателя. С помощью высокоинтенсивного импульсного управления создается короткий импульс микроволнового излучения. Отраженная часть энергии возвращается обратно к волноводу и антенне, которая направляет ее на приемник.
После обработки данные появляются на радиолокационной карте.Применение в повседневной жизни
В печах, работа которых основана на микроволнах, способ работы несколько иной.Магнетрон для микроволновой печи имеет прозрачное отверстие на конце волновода для радиочастот, которые образуются в рабочей камере. Поэтому важно включать такую духовку только при наличии в ней пищи. Без этого условия стоячие волны вызовут искрение, поскольку магнитные волны не поглощаются, а возвращаются обратно. Если он длится долго, магнетрон просто сломается. Скорость приготовления пищи в микроволновой печи напрямую зависит от мощности магнетрона.
Большинство микроволновых печей имеют мощность от 700 до 850 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы кипятить стакан воды всего за 2-3 минуты. Магнетрон для микроволновки «Сатурн», в зависимости от модели, может иметь разную мощность. Выбор микроволновки этой фирмы может начинаться со сравнения магнетронов, а затем и дополнительных функций.
Приобретение микроволновой печи
При покупке микроволновой печи вы должны знать принцип ее работы. Многие опасаются этой техники, ошибочно полагая, что это источник радиации.На самом деле действует принцип микроволновой печи, что следует из самого названия. Микроволновка — это не что иное, как «сверхвысокие частоты». Излучение, конечно, не излучает, но с этой техникой нужно обращаться осторожно.
Микроволновая печь сама по себе уже имеет защиту от самого ее возникновения. Такая печь оснащена специальным датчиком, который отключит магнетрон, если дверь открыта. Отключить магнетрон, принцип которого состоит в том, чтобы производить микроволновые волны, нельзя, если правила эксплуатации нарушаются.Если поместить в духовку, например, металлическую чашу, он просто отключит все устройство.
Волны от микроволновой печи могут выходить не более чем на пять метров.
Поэтому, в то время, когда это работает, лучше держаться подальше. Однако планировка кухни большинства квартир не позволяет этого, потому что вам нужно перейти в другую комнату.Электромагнитное поле не нагревает пищу, помещенную в микроволновую печь. Кроме того, процесс нагрева происходит непосредственно внутри продукта, что сокращает время приготовления до нескольких минут.Не разогревайте посуду, в которой находится еда.
Для достижения наилучшего результата вам необходимо знать кулинарные хитрости приготовления определенных продуктов. Учитывая то, что время идет, а устройство микроволновых печей не меняется, можно предположить их дальнейшее и постоянное крепление для кухонь многих потребителей.
Покупая магнетрон для микроволновой печи
Покупая себе магнетрон, вы должны обязательно знать ма
.История и будущее (часто задаваемые вопросы)
В первой части этого FAQ рассматривалось применение и принципы работы магнетрона. В этой части рассматриваются развитие и особая история устройства, а также разрушительные альтернативные технологии для некоторых приложений.
Q: Какова история магнетрона?
A: Разработка и производство магнетона было главным достижением во время Второй мировой войны. До появления магнетрона силовые генераторы для радара могли работать только на частотах примерно от 100 до 300 МГц) — теперь считается низкочастотной РЧ-частотой, но не в 1930-х и 1940-х годах — что означало большие длины волн, плохое разрешение отраженного сигнала, и физически большие антенны.
Магнетрон работал на частоте более 1 ГГц и включал радиолокационные системы, которые были намного меньше и могли использовать параболическую антенну небольшого размера, которая могла бы быть установлена в носовой части самолета, на кораблях и даже на подводных лодках, в дополнение к наземным системам. Кроме того, более короткие волны дали гораздо более высокое разрешение. Основанный на магнетроне радар был ключевым элементом британской победы в небе во время битвы за Британию против немецких самолетов, а также в операциях на кораблях против других кораблей и даже подводных лодок, поскольку их перископы можно было обнаружить с помощью радара.
Q: Как это улучшилось?
A: История разработки, внедрения и роли магнетрона была подробно освещена в книгах и статьях. Короче говоря, первый сырой блок был разработан в 1920-х годах американским инженером, работающим в General Electric, а в 1934 году в легендарной лаборатории Bell Telephone Laboratories был разработан резонаторный магнетрон — первое поколение «современной» версии.
Но резонаторный магнетрон не был готов к широкому применению: он был большим, неэффективным и ненадежным.Все изменилось в 1939 году, когда два британских физика из Университета Бирмингема (Великобритания) создали прототип значительно улучшенной версии (рисунок 1) . Однако это было сложно для станка из блока металла. Тем не менее, он вырабатывал мощность более 400 Вт на чрезвычайно короткой длине волны 9,8 см (около 4 дюймов). Это было почти в сто раз больше энергии, чем кто-либо когда-либо производил на этой длине волны.
Поскольку Британия уже в состоянии войны, один прототип этого магнетрона был доставлен в США в качестве сверхсекретного устройства.Инженеры и ученые из Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института в Кембридже (штат Массачусетс), где проводилось большинство исследований и разработок в области электроники во Второй мировой войне, изучили его и, в числе других усовершенствований, разработали способ улучшения конструкции, связанной с производством (с использованием сварных лопаток, а не сложной механической обработки), чтобы где стало намного легче делать, легче, а также улучшить производительность. Этот технологичный дизайн стал ядром радиолокационных установок Второй мировой войны, которые были изготовлены и установлены десятками тысяч человек и представляли собой главный «секретный» актив в войне союзников.Эти магнетроны были компактными — размером с большой кулак — и в то же время производили сотни радиоватт.
В: Как выглядит такой ранний магнетрон?
A: Рисунок 1 показывает ядро CV64, широко используемого раннего магнетрона. Это не показывает магнитный узел или электрические разъемы, или связанные схемы.
Рис. 1. Магнетрон с полостью радара CV64 имел КПД около 30% при входном импульсе 130 кВт и пиковой мощности выходного импульса 40 кВт в S-диапазоне (3300 МГц / 9.1 см) и средней мощностью 350 Вт. Плоские стороны центральной полости расположены между полюсами мощного магнита (1350 Гаусс), а белый полиэтилен справа защищает соединения нитей. Металлическая оболочка имеет диаметр 75 мм и общую длину 153 мм, а анодный блок имеет размеры 36 мм по всем сторонам. (Изображение: Музей Valve, Великобритания, http://www.r-type.org)
Q: Есть ли другие интересные аспекты магнетрона?
A: Поворот пыльника наступил в конце 1940-х годов.Когда американский инженер из Raytheon обнаружил, что микроволны, производимые магнетроном на определенных частотах, могут нагревать и готовить пищу. Первые коммерческие микроволновые печи, которые были большими и чрезвычайно дорогими, появились на рынке в конце 1950-х годов. Теперь, конечно, вы можете приобрести микроволновую печь на основе магнетрона, которая умещается на столе, менее чем за 100 долларов.
В: Какая частота используется для приготовления в домашней микроволновой печи?
A: Потребительские печи работают на 2.450 МГц, частота, которая вызывает диэлектрический нагрев молекул воды в пищевых продуктах (коммерческие микроволновые печи, используемые для приготовления и сушки, работают на более низких частотах, таких как 900 МГц, по разным причинам). Обратите внимание, что значение 2,450 МГц находится в середине одного из низкочастотных нелицензированных распределений диапазонов ISM (промышленный, научный, медицинский) и Wi-Fi, что означает, что домашняя микроволновая печь может создавать помехи Wi-Fi и другим беспроводные ссылки.
В: Как выглядит магнетрон для микроволновой печи?
A: Из-за большого объема производства эти конструкции развивались и были ориентированы на низкую стоимость, компактность и простоту (Рисунок 2) .
Рис. 2. Этот узел магнетрона Panasonic для домашней микроволновой печи включает в себя магнетрон, охлаждающий вентилятор и электрические и переменные соединения переменного тока в простом в установке модуле. (Изображение: Encompass Supply Chain Solutions, Inc.)
В: Каково будущее микроволновой печи на основе магнетрона для бытовых духовок?
A: В настоящее время предпринимаются значительные усилия для замены магнетрона твердотельными усилителями мощности (SSPA). Среди причин: выходную мощность стандартной микроволновой печи трудно контролировать, так как она должна быть модулирована по ширине импульса с низкой частотой (с включенными и выключенными десятками секунд) и поэтому не требует постоянного нагрева.Это также производит и неравномерное поле RF и, следовательно, неравномерное нагревание. Эффективность тоже низкая.
В принципе, печи, использующие SSPA, будут использовать массив распределенных блоков и обеспечивать непрерывный аналоговый контроль уровня мощности. Кроме того, частота микроволновой печи SSPA может регулироваться по мере необходимости для оптимальной производительности. Печь на основе SSPA будет иметь датчики температуры и мощности для замыкания контура обратной связи для контроля и более точной работы по сравнению с печью на основе магнетрона с разомкнутым контуром.
Обратите внимание, что SSPA уже используются в коммерческих микроволновых сушильных шкафах, например, где их большая эффективность и управляемость делают их экономически эффективными. Однако для потребительских печей ценовое давление является более интенсивным, и неясно, когда эти печи на основе SSPA появятся на рынке, поскольку большинство потребителей удовлетворены магнетронными установками. Микроволновые печи SSPA для элитных домашних кухонь могут быть первыми, кто внедрит эти новые микроволновые печи. Возможно, у них на дверях будет специальный ярлык с надписью «SSPA», так же как первые транзисторные радиостанции объявили «все транзисторы» на своих передних панелях.
В: Кто активно занимается разработкой и продвижением SSPA для потребительских духовок и твердотельных кухонь (SSC)?
A: Ampleon из Нидерландов является одним из источников, разрабатывающих эти продукты. В их длинном официальном документе «Твердотельная радиочастотная кулинария» содержится множество деталей со спецификациями, графиками и тепловыми изображениями о производительности и недостатках печей на основе магнетрона, а также о явных преимуществах SSPA и SSC. Например, он показывает удивительную изменчивость печи на основе магнетрона на нескольких «одинаковых» прогонах, (рис. 3) .
Рис. 3: Спектральные излучения при работе магнетронной микроволновой печи с тремя циклами по 30 секунд каждый в одной и той же печи с одинаковой нагрузкой показывают отклонения между циклами. (Изображение: Ampleon)
Несмотря на то, что магнетрон больше не играет критической роли в радаре и других функциях, которыми он когда-то обладал, он превратился из жизненно важного секрета Второй мировой войны в основной компонент микроволновой печи массового рынка за десятилетия, прошедшие с момента его разработки. В рамках своего развития он также стимулировал понимание и опыт, связанный с другими специализированными ВЧ / микроволновыми вакуумными трубками, некоторые из которых все еще используются.Дни магнетрона, возможно, подходят к концу, поскольку твердотельные усилители мощности дешевеют, но трудно заменить продукт, который потребитель может купить, начиная со стоимости менее 100 долларов, даже если возникают проблемы с производительностью.
EE World Интернет Ссылки
Справочные материалы
- Википедия, «Cavity Magnetron» (имеет ссылки на многие исторические ссылки)
- Объясните это, «Как работают магнетроны»
- Университет штата Джорджия, Гиперфизика, «Магнетрон»
- Университет штата Джорджия, Гиперфизика, «Микроволновые печи»
- Микроволновые печи101, «Магнетроны»
- История техники и технологий Wiki, «Cavity Magnetron»
- Музей клапанов, «CV64»
- Лампы и трубки, «CV64 Ранняя британская S-группа Cavity Magnetron»
- Радар Учебное пособие ЕС, «Магнетрон»
- Ampleon N.В., «Твердотельная кулинария РФ»
- АРММС РФ и Микроволновое общество, «Краткий обзор развития магнетрона»