Магнетрон: что это, принцип работы, история изобретения, устройство

Система защиты и блокировки микроволновой печи

Любая СВЧ-печь имеет внутри мощное радиоизлучающее устройство – магнетрон. СВЧ-излучение такой мощности может нанести непоправимый вред здоровью человека и всех живых существ, поэтому необходимо принять ряд мер по защите.

Микроволновка имеет полностью экранированную металлическую рабочую камеру, которая снаружи дополнительно защищена металлическим корпусом, не позволяющим высокочастотному излучению проникать наружу.

Прозрачное стекло в дверце имеет экран из металлической сетки с мелкой ячейкой, которая не пропускает наружу излучение 2450 Гц, длиной волны 12,2 см, генерируемое магнетроном.

Вопрос экономии энергопотребления всегда был актуальным. одним из видов осветительных приборов, которые в значительной мере помогут снизить расход электричества в быту, являются галогенные лампы для дома. Чтобы сделать оптимальный выбор, нужно просто разобраться в преимуществах и недостатка каждого вида таких ламп.

Двойные выключатели в виду своих особенностей получили широкое применение в домашних условиях. Как правильно подключать такие выключатели и что необходимо знать для предотвращения ошибок при этом, можно прочитать в полезной статье.

Дверца микроволновой машины плотно прилегает к корпусу и очень важно чтобы этот зазор сохранял свои геометрические размеры. Расстояние между металлическим корпусом камеры и специальным пазом дверцы должно быть равно четверти длины волны СВЧ-излучения: 12,2 см/4=3.05 см. В этом зазоре образуется стоячая электромагнитная волна, которая именно в месте прилегания дверцы к корпусу имеет нулевое амплитудное значение, поэтому волна наружу не распространяется

Вот таким элегантным способом решается вопрос защиты от СВЧ излучения при помощи самих СВЧ-волн. Такой способ защиты в науке называется СВЧ дроссель

В этом зазоре образуется стоячая электромагнитная волна, которая именно в месте прилегания дверцы к корпусу имеет нулевое амплитудное значение, поэтому волна наружу не распространяется. Вот таким элегантным способом решается вопрос защиты от СВЧ излучения при помощи самих СВЧ-волн. Такой способ защиты в науке называется СВЧ дроссель.

Для предотвращения включения СВЧ-печи с открытой камерой существует система микропереключателей, контролирующих положение дверцы. Обычно таких переключателей не менее трех: один выключает магнетрон, другой включает лампочку подсветки даже при неработающем магнетроне, а третий служит для того, чтобы «информировать» блок управления о положении дверцы.

Микропереключатели расположены и настроены так, что они срабатывают только при закрытой рабочей камере микроволновки.

Микропереключатели на дверце также часто называют конечными выключателями.

Важная функция дверцы микроволновки

Не меньшее внимание во время производства уделяется дверце. В СВЧ-печах дверца является не только декоративным элементом, но еще и выполняет роль своего рода предохранителя

Принцип очень простой: если вы открываете дверцу, срабатывает блокировка и работа агрегатов останавливается. Несмотря на видимую простоту, устройство дверцы довольно непростое, ведь с ним связана безопасная эксплуатация всего аппарата.

Итак, рассмотрим несколько подробнее, как работает дверка микроволновой печи:

Во-первых, производителю необходимо проследить, чтобы дверца и корпус устройства идеально прилегали друг к другу с минимальным углом. Большие зазоры не позволяют использовать устройство. Причина проста: дверь служит своего рода щитом от микроволнового излучения, и если зазор будет достаточно велик, излучение может проникнуть за пределы камеры для приготовления пищи. О том, что такое излучение и какова его опасность, уже давно известно.
Во-вторых, периметр дверцы оснащают дроссельным заслоном высокой частоты. Этот аппарат служит для понижения излучения до приемлемого уровня.
В-третьих, в момент отливки корпуса двери добавляется множество присадок, с помощью которых достигается высокий процент поглощения излучения. Разумеется, нельзя быть полностью уверенным в 100% поглощения излучения, но не стоит сомневаться, что остаточные волны не представляют опасности и значимого вреда для здоровья человека.

Микроволновых печь — Диагностика и ремонт своими руками 4

Микроволновая печь, вне зависимости от марки производителя, года выпуска — практически одинаковое. Соответственно запасные части взаимозаменямы. Главное правильно сделать диагностику поломки.

Приведенная таблица поможет в этом:

Устройство СВЧ печи:

Микроволновка состоит из довольно простых частей:

камера нагрева пищи
магнетрон
волновод
трансформатор
блок управления

Камера и магнетрон соединяются между собой при помощи волновода. Помимо этого также в печи установлен трансформатор и его обмотка. Принцип работы следующий: при включении микроволновой печи в сеть, напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора. Вместе с этим энергия также подводится к вторичной обмотке, отвечающей за нагревание катода. Обе обмотки очень хорошо изолированы. В микроволновой печи обычно все соединено последовательно. Начнем с цепи питания магнетрона

После снятия крышки, обратите внимание на трансформатор, рядом большой конденсатор и диод. Это схема формирования высокого напряжения для питания магнетрона

Ни в коем случае не суйте туда руки или отвертку. Мы полагаем, что конденсатор потихоньку разрядится, и если вилка извлечена из розетки, то удар током маловероятен.

Принципиальная электрическая схема СВЧ печи

типовая электрическая схема СВЧ печи

На первичную обмотку трансформатора поступает напряжение 220 В. Обычно она расположена снизу и намотана медным проводом, который может показаться оголенным. На самом деле он покрыт прозрачной изоляцией. Катушка эта расположена под вторичными обмотками. Вторичных обмоток две. Одна из них в буквальном смысле представляет собой несколько витков обычного провода, который не очень аккуратно намотан рядом с первичной. Это подогрев катода. Здесь 6,3 В переменного напряжения, которые помогают электронам покинуть поверхность. А вот выше в хорошей, добротной изоляции располагается высоковольтная обмотка. Здесь примерно 2 кВ, которые идут на выход. На выходе стоит конденсатор, который зашунтирован диодом. Получается, что отрицательная полуволна проходит на катод, а положительная заряжает емкость. На следующем полупериоде электрод уже окажется под удвоенным напряжением: снимаемым с трансформатора и разрядом конденсатора. В результате получается что-то порядка 4 кВ. Этого хватает, чтобы начать генерацию.

Важная функция дверцы микроволновки

Итак, рассмотрим несколько подробнее, как работает дверка микроволновой печи:

Во-первых, производителю необходимо проследить, чтобы дверца и корпус устройства идеально прилегали друг к другу с минимальным углом. Большие зазоры не позволяют использовать устройство. Причина проста: дверь служит своего рода щитом от микроволнового излучения, и если зазор будет достаточно велик, излучение может проникнуть за пределы камеры для приготовления пищи. О том, что такое излучение и какова его опасность, уже давно известно.
Во-вторых, периметр дверцы оснащают дроссельным заслоном высокой частоты. Этот аппарат служит для понижения излучения до приемлемого уровня.
В-третьих, в момент отливки корпуса двери добавляется множество присадок, с помощью которых достигается высокий процент поглощения излучения. Разумеется, нельзя быть полностью уверенным в 100% поглощения излучения, но не стоит сомневаться, что остаточные волны не представляют опасности и значимого вреда для здоровья человека.

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.

Мифы о микроволновом излучении

Существует несколько прочно устоявшихся заблуждений по поводу вредности и опасности использования СВЧ-печей. В действительности, большинство (как правило, все) ошибочны. Ниже перечислены типичные мифы о микроволновках, которые на самом деле не стоят вашего беспокойства.

Микроволновка способна вывести из строя электрически приборы, расположенные в нескольких метрах от неё, если будет оставаться включенной продолжительное время. На самом деле, современные СВЧ-печи полностью защищены от выхода излучения за пределы камеры. Минимальное излучение, которое и может быть в непосредственной близости у прибора, не превышает излучение компьютерного системного блока.
СВЧ-печи могут стать причиной возникновения у пользователя аллергии на электромагнитные волны. Это просто невозможно. В мире есть лишь несколько человек с таким редким заболеванием и его причины никак не связаны с использованием микроволновки. Вообще, ни один бытовой прибор не создает настолько опасное излучение, поскольку все модели проходят сертификацию безопасности.
Продукты становятся радиоактивными под воздействием СВЧ-волн. Это тоже неверно. Сверхвысокочастотное излучение микроволновки является неионизирующим, поэтому не изменяет свойства еды. Также неверно и утверждение о канцерогенности продуктов, подверженных СВЧ-обработке – микроволны имеют абсолютно другой принцип действия, нежели рентгеновские лучи и, еще раз, никак не могут влиять на свойства продуктов.
Микроволны представляют высокую опасность для здоровья. Об этом уже было частично сказано – непосредственное воздействие сверхвысокочастотного излучения действительно губительно для тканей, однако при соблюдении правил эксплуатации микроволновки вы никогда не будете подвержены такому воздействию. Фактически, излучение от СВЧ-печи представляет лишь малую долю в общее электромагнитное поле, в котором мы находимся, пользуясь многочисленными другими бытовыми приборами.

Просто помните, что дверца печи должна плотно закрываться, а корпус — быть целым, а также не касайтесь работающей микроволновки руками и другими частями тела и можете быть спокойны – на расстоянии полуметра от прибора вы подвергаетесь не большему электромагнитному облучению, чем при просмотре телевизора.

Устройство магнетрона — основная составляющая

Радиоволны частотой 2450 МГц генерируются специальным прибором – магнетроном, представляющим собой электровакуумный диод. Он имеющий массивный медный цилиндрический анод круглый в сечении и разделенный на 10 секторов, имеющих такие же стенки из меди.

В центре этой конструкции расположен стержневой катод, внутри которого есть нить накала. Катод служит для эмиссии электронов. По торцам магнетрона расположены мощные кольцевые магниты, создающее магнитное поле внутри магнетрона, необходимое для генерации СВЧ-излучения.

К аноду прикладывается напряжение в 4000 Вольт, а к нити накала 3 Вольта. Происходит интенсивная эмиссия электронов, которые подхватываются электрическим полем высокой напряженности. Геометрия резонаторных камер и напряжение анода определяют генерируемую частоту магнетрона.

Съем энергии происходит при помощи проволочной петли, соединенной с катодом и выведенной в излучатель-антенну. С антенны СВЧ-излучения попадает в волновод, а от него в камеру микроволновки. Стандартная выходная мощность магнетронов, применяемых в бытовых микроволновках, составляет 800 Вт.

Если для приготовления блюд требуется меньшая мощность, то это достигается тем, что магнетрон включают на определенные промежутки времени, за которыми следует пауза.

Для получения мощности 400 Вт (или 50% от выходной мощности) можно в течение 10-секундного интервала на 5 секунд включить магнетрон, а на 5 секунд выключить. В науке это называется широтно-импульсной модуляцией.

Магнетрон в процессе работы выделяет большое количество тепла, поэтому его корпус помещен в пластинчатый радиатор, который при работе всегда должен обдуваться воздушным потоком из встроенного в микроволновку вентилятора. При перегреве магнетрон очень часто выходит из строя, поэтому его оснащают защитой – термопредохранителем.

Мифы о СВЧ-печах

Микроволновое воздействие якобы изменяет структуру воды и пищевых продуктов, превращая полезные микроэлементы в канцерогены. На самом деле, воздействие микроволнового излучения в печи на вещества связано с обычным разогревом. Хотя химики и изучали (крайне редкие) реакции, на ход которых, по их мнению, влияло нетепловое воздействие микроволнового излучения, в результате независимых экспериментов было установлено, что замеченные «нетепловые» эффекты на самом деле определялись неоднородностью нагрева, и предположение о наличии нетепловых микроволновых эффектов должно быть пересмотрено. К тому же, вода (кроме замерзшей), согласно современным научным данным, не может иметь какой-либо постоянной структуры (см. соответствующую статью).
Впервые СВЧ-печь под названием «Radiomissor» якобы была создана немецкими учёными во время Второй мировой войны, она даже применялась в действующей немецкой армии для разогрева продуктов питания, но оказалась небезопасной и от неё отказались (однако российские сайты при этом ссылаются на зарубежные, а зарубежные — на исследования Советского Союза, проведённые в несуществующих российских городах «Кинск» и «Раджастан»).
Микроволновые печи со снятой дверцей якобы могут использоваться в военном деле для недорогой имитации радаров (с целью заставить противника истратить для их подавления дорогостоящие боеприпасы или ресурсы самолётов постановки помех). Обычно публикации ссылаются на опыт сербской армии в Косово.

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.

Будет интересно Что такое тиратрон и где он применяется

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.

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.

Вероятные неисправности

Перед проверкой «начинки» магнетрона сначала нужно провести визуальный осмотр, так как иногда причиной кажущейся поломки становится низкое напряжение электросети. Прибор отключают от питания, ждут несколько минут, после чего внимательно осматривают внутреннюю камеру. Если обнаруживают деформацию, обугливание либо запах горелого, то переходят к проверке магнетрона.

Здесь определить на глаз неисправность не получится, так как необходимы специальные электроизмерительные приборы — мегаомметр, тестер, мультиметр. Если этих инструментов нет, выполнить миссию невозможно, поэтому следует сразу отправляться на их поиски. Либо нести СВЧ-печь в сервисный центр. Однако прежде не мешает оценить целесообразность похода, так как магнетрон — элемент основной, формирующий цену устройства. Есть смысл отдавать в ремонт дорогие модели, в противном случае дешевле выкинуть отработавшую технику и купить новую.

«Нарушителями спокойствия» становятся такие поломки магнетрона и микроволновой печи:

Прогорание алюминиевого колпачка, сигнализирующее искрением, — самое частое явление. Однако небольшая цена этой детали и ее доступность позволяет справиться с проблемой — заменить — без особых затруднений. Временная альтернатива — ее переворот на 180°.
Значительный перегрев детали нередко сигнализирует об отказе радиатора. В этом случае выход один — его замена, подразумевающая присутствие квалифицированного мастера. Самостоятельные действия неоправданны и бессмысленны.
Перегрев — неполадка, которая может спровоцировать обрыв нити накаливания. Проверяют догадку тестером. Когда деталь работоспособна, значение составляет 5-7 Ом. Если есть повреждение нити, то сопротивление падает до 3 Ом. Обрыв ее — причина «бесконечного» показателя.
Мультиметр даст возможность определить поломку какой-либо составляющей высоковольтного диода. При исправной детали на полюсе будет конечное значение, на минусе — бесконечность. В противном случае владельцам останется один выход — визит в сервисный центр. Другой способ проверки — подключение к сети на пути к лампе. Слабое ее горение или мигание — признаки исправности. Любой другой результат — причина требующейся замены детали.
Термопредохранитель — следующий потенциальный возмутитель спокойствия, так как любой сбой в электросети или скачок напряжения может спровоцировать его выход из строя. При поломке результатом проверки при прозвоне станет величина, отличная от нуля. До смены элемента необходимо протестировать другие выключатели — первичный, вторичный, а также защитный. Если виноваты они, то после замены детали на новую она тоже мгновенно сгорит.
Высоковольтный трансформатор требует особых манипуляций, так как для его тестирования сопротивления мегаомметром на обмотках нужно отсоединить элемент ото всех проводов. В этом случае показания сверяют с таблицей, потому что у разных моделей/производителей они отличаются. Нормы таковы: 2-4,5 Ом для первичной, 140-350 для вторичной, 3,5-8 Ом для накальной обмотки. Однако помогут настораживающие симптомы — громкое гудение, нагрев, следы обугливания на катушке, запах гари.
Так же проверяют сопротивление конденсатора. Если оно отсутствует, то деталь необходимо заменить.

Перечисленные выше элементы — те виновники поломки микроволновой печи, что встречаются наиболее часто. Но известны и другие провокаторы неисправности СВЧ-печей — электронные — блок управления, таймеры и т. п. В этом случае элементарная проверка инструментами не поможет выявить поломку, поэтому без помощи квалифицированного мастера здесь не обойтись.

Предназначение кулера в микроволновой печи

Кулер – это один из наиважнейших компонентов СВЧ печи, без него будет полноценного функционирования устройства. Благодаря нему осуществляются следующий функциональные задачи:

Охлаждение магнетрона, для обеспечения его исправной работы.
Охлаждение иных компонентов системы, которые также могу выделять тепло, таких как электронные схемы.
Некоторые модели микроволновок оборудованы функцией гриля и для охлаждения термореле устанавливают кулер.
Для создания избыточного давления в полости где размещают пищу. Благодаря чему происходит отвод воздуха и паров, которые удаляются через специализированные вентиляционные пути.

В микроволновых печах охлаждение осуществляется с помощью одного вентилятора, который распределяет воздух по камере при помощи специальных воздуховодных отверстий, которые направляют воздух на запчасти для их охлаждения.

Как повесить кронштейн на стенку для микроволновки

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.