Принцип работы и схема включения магнетрона микроволновой печи

Микроволновая печь прочно вошла в обиход и стала одним из незаменимых атрибутов любой квартиры. Этот бытовой прибор позволяет за считаные минуты разогреть или приготовить пищу при помощи невидимого для глаза излучения.

Но чтобы узнать, откуда берется это излучение и насколько оно безопасно для человека, необходимо понимать устройство и принцип работы магнетрона микроволновой печи, который и является генератором высокочастотных волн.

Магнетрон

Что такое микроволны и как они нагревают пищу

Микроволновым называется электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм до 1 м. Данный вид излучения используется не только в бытовых целях, но также в системах навигации и радиолокации, а кроме того обеспечивает работу сотовой связи и спутникового телевидения.

Микроволны могут генерироваться как искусственным, так и естественным способом (например, на Солнце). Другое название микроволн – это излучение сверхвысокой частоты, или СВЧ.

Во всех типах бытовых микроволновок установлена единая частота излучения, равная 2450 МГц. Данная величина является международным стандартом, которого производители бытовой техники должны строго придерживаться, чтобы их продукция не создавала помехи в работе других микроволновых устройств.

Микроволновое излучение

Тепловое воздействие СВЧ-излучения было обнаружено американским физиком Перси Спенсером в 1942 году. Именно он запатентовал применение устройства, генерирующего микроволны, для приготовления пищи, тем самым положив начало использования микроволновых печей в быту.

В последующие несколько десятилетий эта технология была доведена до совершенства, что позволило наладить массовый выпуск простых и недорогих устройств для быстрого разогрева пищи.

Чтобы нагреть какой-либо материал в микроволновой печи, необходимо присутствие в его составе дипольных молекул, то есть молекул, имеющих противоположные электрические заряды на обоих концах.

В пищевых продуктах главным их источником является вода. Под воздействием излучения сверхвысокой частоты эти молекулы начинают выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля, меняя свое направление около 5 миллиардов раз в секунду. Возникающее между ними трение сопровождается выделением тепла, которое и нагревает пищу.

Однако микроволны не способны проникнуть глубже, чем на 2-3 см от поверхности продукта, поэтому все, что находится под этим слоем, прогревается за счет теплопроводности от нагретых участков.

Нагрев пищи при помощи СВЧ

Устройство магнетрона и его применение

В большинстве видов микроволновой техники генератором сверхвысокочастотных колебаний является магнетрон. Устройства, похожие по своему принципу действия – клистроны и платинотроны, не получили настолько широкое распространение. Впервые магнетрон был применен в СВЧ-печах в 1960 году. Наиболее часто в технике используется многорезонаторный магнетрон, состоящий из нескольких компонентов:

1. Анод. Представляет собой медный цилиндр, разделенный на сектора с толстыми металлическими стенками. Эти объемные полости и являются резонаторами, создающими кольцевую систему колебаний. На анод подается напряжение порядка 4000 вольт.
2. Катод. Расположен в центральной части магнетрона и представляет собой цилиндр, внутри которого находится нить накаливания. В этой части устройства происходит эмиссия электронов. На подогреватель (нить накала) подается напряжение 3 вольта.
3. Кольцевые магниты. Электромагниты или постоянные магниты большой мощности, расположенные в торцевых частях прибора, необходимы для создания магнитного поля, направленного параллельно оси магнетрона. Движение электронов также осуществляется в этом направлении.
4. Проволочная петля. Она соединена с катодом, закреплена в резонаторе и выведена к антенне-излучателю. Петля служит для вывода сверхвысокочастотного излучения в волновод, после которого оно попадает прямо в камеру микроволновки.

Устройство магнетрона

Благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости магнетроны нашли применение во многих сферах, но наибольшее распространение они имеют:

• В СВЧ-печах. Помимо быстрого приготовления и размораживания пищи в бытовых печах, магнетроны позволяют также выполнять производственные задачи. Промышленная микроволновая печь может осуществлять нагрев, сушку, плавление, обжиг и многое другое. При этом важно помнить, что микроволновку нельзя включать пустой, поскольку в этом случае излучение не будет ничем поглощаться и вернется обратно на волновод, что может привести к его поломке.
• В радиолокации. Антенна радара, подключенная к волноводу, фактически является коническим облучателем и используется совместно с параболическим отражателем (тарелкой). Магнетрон вырабатывает мощные короткие импульсы энергии с малой длиной волны, часть которой, отражаясь, снова поступает на антенну и далее на чувствительный приемник, обрабатывающий сигнал и выводящий его на экран.

Магнетроны в радиолокации

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.

Принцип работы магнетрона

Работа микроволновой печи основана на преобразовании электрической энергии в электромагнитное излучение сверхвысокой частоты, которое приводит в движение молекулы воды, находящиеся в пище. Дипольные молекулы, постоянно меняющие направление, вырабатывают тепло, которое и позволяет быстро нагреть продукты, при этом сохраняя их полезные свойства. Устройством, которое генерирует микроволны, является магнетрон.

Магнетрон, по сути, является электровакуумным диодом, в работе которого применяется явление термоэлектронной эмиссии. Данное явление возникает в процессе нагрева поверхности эмиттера или катода. Под действием высокой температуры наиболее активные электроны стремятся покинуть его поверхность, но это будет происходить только тогда, когда на анод подается напряжение. При этом возникает электрическое поле, и электроны начинают движение к аноду, направляясь вдоль его силовых линий. Если электроны оказываются в зоне действия магнитного поля, то их траектории отклоняются в сторону направления силовых линий.

Электровакуумный диод

Анод магнетрона имеет форму цилиндра с системой полостей, или резонаторов, внутри которого находится катод с нитью накаливания. Два кольцевых магнита, расположенных по краям анода, создают внутри анода магнитное поле, благодаря которому электроны не движутся напрямую от катода к аноду, а меняют свою траекторию, вращаясь вокруг катода. Вблизи резонаторов электроны отдают им часть своей энергии, что приводит к образованию в их полостях мощного сверхвысокочастотного поля, которое выводится наружу с помощью проволочной петли, подключенной к антенне-излучателю.

Чтобы привести в действие магнетрон, необходимо подать на анод высокое напряжение порядка 3-4 тысяч вольт. Поэтому подключение магнетрона к бытовой электросети осуществляется посредством высоковольтного трансформатора. Помимо этого схема включения микроволновой печи включает в себя волновод, передающий излучение внутрь камеры, цепь коммутации, блок управления, а также элементы защиты и охлаждения. Кроме того, внутренние стенки камеры и тонкая металлическая сетка на дверце устройства препятствуют выходу излучения за его пределы.

Схема включения магнетрона

Основным элементом обычной микроволновки является магнетрон, вакуумный прибор для генерирования СВЧ-излучения. Его старшие родственники стоят во всяких радарах и системах радиолокации. Именно за счёт испускаемого им СВЧ микроволновки разогревают еду: частота подобрана так, что вызывает резонансные явления в молекулах воды, которые содержатся почти в любой пище, и те начинают разогреваться. Из-за большой мощности магнетрона нагрев оказывается весьма ощутимым, что и даёт искомый эффект.
Магнетрон из этой самой печки, понятно, можно извлечь. Выглядит он как вот такая вот забавная штуковина с мощным радиатором. Торчащий сверху штырь — собственно СВЧ-излучатель, от которого и прёт излучение. Типичная мощность — около 700-800 ватт, что, надо сказать, очень и очень дохрена много и легко вскипятит незрелые мозги (а точнее, глаза) попавшего в фокус такого излучателя. К счастью, от штыря магнетрона излучение всенаправленное и потому относительно безопасно, если не подходить слишком близко.

Если содрать радиатор, то останется довольно небольшая меднокерамическая хренька с двумя магнитами. Если же разбирать и дальше, и распилить её пополам, внутри окажется довольно любопытная ромашковидная структура. За конкретными принципами её действия и генерации там микроволн отсылаю в более специализированные источники, здесь этому уже не место.

Кстати, интересная особенность магнетрона: на накал (катод) у него идёт минус, а корпус, он же анод — заземляется. Из той же микроволновки можно полностью выдрать и питание для магнетрона — МОТ, конденсатор и диод, и, собственно, подключить — так же, как он был подключен в печке. Накальная обмотка МОТа питает накал, корпуса МОТа и магнетрона соединены, конденсатор и диод образуют шифтер, причём подключенный горячим выводом (точка соединения кондёра и диода) к одному из накальных выводов магнетрона (именно поэтому накальная обмотка у мота выполнена высоковольным проводом).

При включениях следует таки соблюдать осторожность, надолго не врубать и беречь глаза, особенно при запусках в помещениях. Если поставить наверх вывода острый кусочек металла, можно получить факел на 2.4 ГГц. Только обгорает этот вывод очень быстро.

Но просто развлекаться с магнетроном довольно скучно. Куда интереснее приспособить к нему антенну для получения более или менее направленного потока излучения. Идеальной была бы параболическая тарелка. Вот только диаметр требуется метров в пять. Чуть хуже, но тоже неплоха антенна типа «рупор», но её изготовление довольно утомительно и она оказывается изрядно громоздкой, хотя, конечно, меньше параболы. Я в итоге остановился на баночной антенне (гуглим «cantenna»), снискавшей любовь у любителей усиления вайфая. Поскольку магнетрон работает ровно на той же частоте, что и вайфай, можно просто считать банку как для вайфай-антенны. Усиление от неё не очень велико, форма потока тоже оставляет желать лучшего, но зато ей можно очень приятственно засвечивать газоразрядные приборы, кипятить глаза мышам небольшие объёмы воды, и сбрасывать соседский wifi-роутер. Кстати, в метре от банки антенны вырубается фотоаппарат. Для лучшего охлаждения поставлен кулер к магнетрону, ибо последний изрядно нагревается во время работы.

Поделиться в соц. сетях

Метки отсутствуют.

Как магнетрон влияет на мощность СВЧ

Большинство современных производителей микроволновых печей предлагают возможность выбора мощности прибора. От этого параметра, в свою очередь, зависит режим работы (разморозка или нагрев) и скорость нагрева пищи. Однако конструктивные особенности магнетрона не позволяют уменьшить его мощность, поэтому для снижения интенсивности нагрева питание на него подается через определенные промежутки времени. Эти паузы в работе магнетрона можно заметить, если включить микроволновку на средней мощности и прислушаться к звуку ее работы.

Не так давно некоторые производители бытовой техники заявили о появлении ряда моделей микроволновых печей с инверторной схемой питания. Применение этой схемы позволило не только увеличить объем полезного пространства в камере за счет уменьшения габаритов излучателя, но и снизить энергопотребление устройства. В отличие от обычных моделей, температура нагрева в печах инверторного типа меняется плавно, однако их стоимость на порядок выше.

Возможна ли замена своими руками

Любой из видов магнетрона для микроволновок LG можно заменить аналогичным для другой . Аналогично можно заменить магнетрон для микроволновки «Самсунг» подходящим по мощности элементом от другой фирмы. Если модель бытовой сверхвысокочастотной печи выпущена очень давно, то найти деталь соответствующей марки очень трудно. Возможно, производитель уже снял с производства данный вид.

Но даже если вы знаете принцип работы магнетрона, не следует заниматься починкой такой техники дома самостоятельно.

Приобрести магнетрон для микроволновой печи 2M218 JF Daewoo можно самостоятельно, заказав в специализированных магазинах или непосредственно у производителя. Стоит он порядка 2 тысяч рублей.

Охлаждение и защита магнетрона

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

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

Термореле

Можно ли заменить магнетрон

Главное преимущество современных магнетронов для бытовых микроволновых печей в их взаимозаменяемости. На различные модели микроволновок будут подходить магнетроны производства других фирм, поэтому при необходимости их можно менять. При этом единственным необходимым требованием будет соответствие по мощности. Купить магнетрон можно во многих магазинах электроники, однако чтобы сделать правильный выбор, необходимо разобраться в его параметрах и маркировке. Наиболее часто в микроволновках устанавливаются следующие модели магнетронов:

• 2М 213 (600 Вт номинальной мощности и 700 Вт под нагрузкой);
• 2М 214 (1000 Вт);
• 2М 246 (1150 Вт – наибольшая мощность).

Даже изучив все необходимые параметры этого устройства, производить замену магнетрона в домашних условиях не рекомендуется. Во-первых, снять его самостоятельно будет довольно тяжело, а во-вторых, обеспечить его безопасную работу после установки сможет только квалифицированный специалист.

Стандартная конфигурация магнетрона

Диагностика неисправностей и причины их появления

Замена магнетрона может потребовать довольно существенных финансовых затрат, поэтому прежде чем покупать новое устройство, необходимо произвести диагностику старого, чтобы убедиться, что оно действительно неисправно. Проверка может быть выполнена в домашних условиях с помощью обычного тестера. Для этого потребуется:

1. Отключить микроволновку от электросети.
2. Снять защитную крышку и провести визуальный осмотр детали.
3. «Прозвонить» основные элементы печатной платы при помощи тестера или «мультиметра».
4. Провести осмотр термореле.

Диагностика

По окончании диагностики можно сделать выводы о неисправности тех или иных деталей. К основным причинам выхода из строя магнетрона можно отнести следующие:

• Неисправность колпачка вакуумной трубки. Его можно заменить самостоятельно, просто подобрав аналогичный колпачок с другого магнетрона. Посадочные места таких колпачков имеют стандартную конфигурацию.
• Обрыв подогревателя. При включении пустой микроволновки или ее неправильной загрузке магнетрон будет перегреваться, что может привести к чрезмерному накаливанию нити и ее обрыву. Для ее диагностики необходимо измерить сопротивление между ножками конденсатора. Если его значение находится в пределах 5-7 Ом, то подогреватель исправен.
• Пробой проходного конденсатора. Если тестер не показывает «бесконечное» значение сопротивления между его контактами, то конденсатор необходимо заменить.

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.

Будет интересно➡ Что такое триоды и где они применяются