Магнетрон
Излучение микроволновой энергии осуществляется от антенны 1, представляющей собой штенгель, на который плотно посажен металлический колпачок (штенгель — заваренная трубка, через которую в процессе производства магнетрона откачивался воздух).
Антенна изолирована от корпуса 6, по переменному току, керамическим цилиндром 2. Внешний кожух магнетрона 3 совместно с фланцем 4 составляют магнитопровод, формирующий необходимое распределение магнитного поля, источником которого служат кольцевые магниты 5. Фланец используется также для крепления магнетрона к микроволновой печи. Радиатор 7 служит для более интенсивного охлаждения магнетрона во время работы. Коробка фильтра 8 содержит внутри себя индуктивные выводы, которые совместно с проходными конденсаторами 9 образуют высокочастотный фильтр, снижающий проникновение СВЧ-излучения по выводам питания 10.
Надежность контакта между магнетроном и корпусом микроволновой печи обеспечивается кольцом из металлической сетки. На рис. 2 показан магнетрон в разрезе
Скорость приготовления пищи в микроволновой печи напрямую зависит от мощности, которую способен генерировать магнетрон. В настоящее время большинство печей имеют магнетроны с номинальной мощностью 700 — 850 Вт, что позволяет, например, довести двухсотграммовый стакан воды до кипения в течение 2 — 3 минут. Таким образом, можно простыми средствами оценить мощность микроволновой печи.
Для более точных измерений можно воспользоваться формулой:
, где
Рис. 2 Магнетрон в разрезе
Ср — удельная теплоемкость нагреваемого продукта (для воды Ср=4180 джоуль/градус),
m — масса продукта (кг),
ΔТ — разность температур,
t — время нагрева (с).
При стандартных измерениях объем воды должен составлять 1000±5 мл, время нагрева 60±1 с, а начальная температура не должна превышать 20°С. В этом случае исходная формула принимает более простой вид:
Воду желательно налить в тонкостенный сосуд из боросиликатного стекла. Перед измерением температуры воды после нагрева воду в сосуде необходимо тщательно перемешать.
Рассмотрим пример: предположим, мы поместили литровую банку воды, с начальной температурой 10°С, в микроволновую печь и включили нагрев на одну минуту. После отключения печи температура воды оказалась 22°С. Отсюда мощность, поглощенная нагрузкой, составит:
Неисправности магнетронов условно можно разбить на две группы: подлежащие восстановлению и прочие.
Вначале кратко остановимся на безнадежных случаях. К ним можно отнести: обрыв ипи перегорание накала, нарушение вакуума, полное отсутствие генерации при наличии необходимых напряжений и исправном накале, короткое замыкание между анодом и катодом.
Теперь более подробно остановимся на случаях, когда положение можно спасти. Наиболее часто встречающаяся ситуация из этого перечня — это пробой проходных конденсаторов.
Наличие такого пробоя легко обнаружить тестером, проверив сопротивление между выводами магнетрона и корпусом, при отключенной внешней цепи. Если оно отлично от бесконечности, нужно снять крышку с коробки фильтра и откусить провода, соединяющие конденсаторы с катушками фильтра. После этого повторить измерения. Если после этой операции показания прибора не изменятся, значит, конденсатор пробит. В этом случае вам повезло и вы отделаетесь малой кровью. Если же отключенные конденсаторы окажутся в порядке, то, прежде чем менять магнетрон, визуально убедитесь, что замыкание происходит внутри магнетрона, а не на его поверхности.
Излучение сквозь выводы питания для разных магнетронов, даже одного типа, различно. Если излучение невелико, допустимо включать магнетрон напрямую, без проходных конденсаторов. Однако с уверенностью сказать о возможности работы без проходных конденсаторов можно только при наличии приборов, измеряющих уровень СВЧ-излучения. Поэтому пробитые конденсаторы желательно заменить.
Причиной пробоев конденсатора служат кратковременные броски напряжения в моменты включения и выключения источника питания, которые могут превышать рабочее напряжение конденсатора.
Несколько слов о происхождении таких выбросов: магнитное попе в сердечнике трансформатора, а соответственно и ток во вторичной обмотке определяются не величиной тока в первичной обмотке, а скоростью его изменения. При переменном токе эти понятия связаны, поскольку чем больше ток, тем с большей скоростью он меняется в течение периода. Однако постоянный ток, проходящий по первичной обмотке, какой бы большой он ни был, не вызовет никакой реакции во вторичной обмотке. И, наоборот, увеличение частоты входного напряжения, т.е. увеличение скорости изменения тока в первичной обмотке приводит к росту магнитного потока через вторичную обмотку, со всеми вытекающими последствиями.
Этот факт используется в импульсных блоках питания, в которых увеличение частоты позволяет при той же выходной мощности значительно снизить размеры силового трансформатора. При включении и выключении трансформатора происходит резкое изменение тока через первичную обмотку и, следовательно, столь же резкое, кратковременное возрастание тока во вторичной обмотке. В соответствии с законом Ома: U=I*R, напряжение на нагрузке также изменится скачком, пропорционально току и сопротивлению нагрузки. Если включение трансформатора происходит в отрицательный полупериод, когда диод заперт, а ток анода еще не появился, сопротивление нагрузки близко к бесконечности, поэтому скачок напряжения на выходе трансформатора может быть очень существенным.
Иногда, вследствие долгой работы или из-за включения магнетрона на пустую камеру, заметно снижается эмиссия катода. В результате мощность микроволновой печи уменьшается в два и более раз. Восстановить былую мощность можно, добавив напряжение на накал. Для этого обычно достаточно добавить полвитка на накальной обмотке трансформатора. К сожалению, не каждый трансформатор позволяет проделать такую манипуляцию.
В некоторых марках микроволновых печей возможно возникновение СВЧ-разряда между антенной магнетрона и корпусом. Это происходит там, где практически отсутствует волновод между магнетроном и камерой и антенна расположена в непосредственной близости от диэлектрического окна. Разряд происходит после пробоя этого окна, как показано на рис. 3.
Если вовремя не заменить пробитое диэлектрическое окно, колпачок антенны может прогореть насквозь, и тогда разряд будет продолжаться автономно и не исчезнет, даже если вы устраните первопричину. Исправить положение можно, заменив колпачок. Его можно изготовить на токарном станке или снять со сгоревшего магнетрона аналогичной конструкции. Размеры нового колпачка должны строго соответствовать старым, а его посадка на магнетрон должна быть плотной.
Рис. 3. Возникновение СВЧ-разряда между антенной магнетрона и стенками камеры