Устройство магнетрона микроволновки: Магнетроны. Устройство и работа. Виды и применение. Как выбрать

Содержание

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

Магнетроны называют 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.

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.

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.

Назначение и принцип работы магнетрона
Видео: что такое магнетрон
Из чего состоит магнетрон
Сферы применения магнетронов
Видео: как работает магнетрон
Основные преимущества магнетронов
Возможные неисправности магнетрона и его замена
Видео: устройство и принцип работы микроволновой печи

org/ImageObject»>

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.

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.

Возможные неисправности магнетрона и его замена

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

короткое замыкание;
повреждение нити накаливания;
нарушение герметичности;

отсутствие генерации колебаний.

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

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

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

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

Видео: устройство и принцип работы микроволновой печи

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 17 чел.
Средний рейтинг: 4. 6 из 5.

Как работают магнетроны? — Объясните это Stuff

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 11 апреля 2022 г.

Хотите приготовить ужин за пять минут или сделать самолет более безопасным для летать в плохую погоду? Тогда вам понадобятся микроволновки. Это невидимые, сверхмощные коротковолновые радиоволны, распространяющиеся на со скоростью света, делая важные вещи в микроволновых печах и радиолокационно-навигационное оборудование. Сделать микроволновку несложно, если у вас есть право оборудование — удобный гаджет под названием магнетрон. Что это и как это работает? давайте возьмем пристальный взгляд!

Фото: резонаторный магнетрон CV64, разработанный в Бирмингеме в 1942 году, был достаточно мал, чтобы поместиться внутри самолета. Подобные устройства позволили самолетам впервые использовать радиолокационную защиту. Экспонат Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия). Приносим извинения за немного плохое качество изображения: экспонат находится в стеклянной витрине и его трудно сфотографировать.

Содержание

Как работает магнетрон?
Как магнетрон делает микроволны?
Краткая история магнетронов
Узнать больше

Как работает магнетрон?

Магнетроны ужасно сложны. Нет, правда, они ужасны сложный! Чтобы понять, как они работают, я считаю, что это помогает сравнить их к двум другим вещам, которые работают аналогичным образом: телевизору в старом стиле набор и флейта.

Фото: Магнетрон спрятан внутри вашей микроволновой печи, обычно сразу за панелью управления и приборной панелью справа. Если открыть дверцу, то иногда можно увидеть магнетрон и его охлаждающие ребра через перфорированную металлическую клетку, отделяющую его от основного отделения для приготовления пищи.

Магнетрон имеет довольно много общего с электронно-лучевым (электронная) трубка, герметичная стеклянная колба, которая создает изображение в телевизор в старинном стиле. Трубка — это сердце телевизора: она делает картину, которую вы можете увидеть, направляя лучи электронов на экран, покрытый в химических веществах, называемых люминофорами, чтобы они светились и испускали точки света. Обо всем этом вы можете прочитать в нашей основной статье на телевидение, но здесь (вкратце) происходит то, что происходит. Внутри телевизора, есть отрицательно заряженная электрическая клемма, называемая катодом он нагревается до высокой температуры, поэтому электроны «выкипают» из него. Они ускоряются вниз по стеклянной трубке, притягиваемые положительно заряженный терминал или анод и достигают таких высоких скоростей, что они промчаться мимо и врезаться в люминофорный экран на конце трубы. Но магнетрон не имеет такой же цели в жизни, как телевизор. Вместо того, чтобы сделать картинку, он предназначен для генерации микроволн — и делает это немного как флейта. Флейта представляет собой открытую трубу, наполненную воздухом. Удар через верх в правильном направлении, и вы заставляете его вибрировать в определенной музыкальную высоту (называемую его резонансной частотой), генерируя звук, который вы можете услышать, который непосредственно соответствует длине трубка.

Иллюстрация: Справа: один из рисунков высокоэнергетического магнетрона, разработанного в 1940-х годах Перси Спенсером, который усовершенствовал микроволновую печь, работая в Raytheon. (Я раскрасил его, чтобы он соответствовал моему собственному рисунку ниже.) Вы можете увидеть увеличенную версию этого рисунка и прочитать полные технические подробности через Google Patents. Работа предоставлена Управлением по патентам и товарным знакам США.

Задача магнетрона — генерировать довольно короткие радиоволны. Если бы вы могли их видеть, вы могли бы легко измерить их школьной линейкой. Обычно они не короче 1 мм (0,04 дюйма; самая короткая деление на метрической линейке) и не более 30 см (12 дюймов; длина типичной школьной линейки). Магнетрон делает свое дело резонирует, как флейта, когда вы накачиваете в нее электрическую энергию. Но, в отличие от флейта, она производит электромагнитные волны вместо звуковых волн, поэтому вы не можете услышать резонансную энергию, которую он создает. (Вы также не можете видеть эту энергию, потому что ваши глаза не чувствительны к коротковолновому, микроволновому излучение).

Фото: Типичные микроволны варьируются от наименьшего (1 мм) деления на школьной линейке до длины самой линейки (30 см).

Краткая история магнетронов

1920-е годы: американский инженер Альберт У. Халл изобретает первый магнетрон, работая в General Electric. [1]
1934: Артур Л. Сэмюэл из Bell Telephone Laboratories изобретает резонаторный магнетрон. [2]
1936–197: Советские ученые Николай Алексеев и Дмитрий Маляров строят четырехсегментный резонаторный магнетрон. Хотя подробности их работы просачиваются в Германию, в Великобритании они остаются неизвестными. и Соединенные Штаты. [3]
1939: Два физика, Джон Рэндалл и Гарри Бут, работают в Университет Бирмингема, Англия, самостоятельно разработал гораздо более мощный магнетрон (E1189), достаточно компактный, чтобы поместиться в корабли, самолеты и подводные лодки. [4] Вы можете увидеть его фото, любезно предоставленное Имперский военный музей Великобритании.
1940-е годы: американский инженер Перси Спенсер случайно обнаруживает что микроволны, создаваемые магнетроном, обладают достаточной мощностью, чтобы нагреть и готовить еду. Он патентует микроволновую печь в 1950-е годы.
1943: Британский резонаторный магнетрон E1189 впервые развернут. [3]
Фото: Два резонаторных магнетрона 1940-х годов, заимствованные из оригинальной британской версии. 1) Сильвания 2J32; 2) Магнетрон Western Union примерно той же эпохи. Обе фотографии Джона Ф. Уильямса предоставлены Управлением военно-морских исследований и опубликованы по лицензии Creative Commons (CC BY 2.0). Вы можете увидеть увеличенные оригинальные фотографии на Викискладе. здесь и здесь.
1976: Исследователи Массачусетского технологического института Джордж Бекефи и Таддеус Ожеховски разрабатывают релятивистский магнетрон, который примерно в 10–100 раз мощнее резонаторного магнетрона. Они достигают мощности 900 МВт по сравнению с 10 МВт или около того, которые тогда могли производить резонаторные магнетроны. [5]
2009: Исследователи Мичиганского университета спонсируются ВВС США. объявить о разработке более компактного магнетрона большей мощности, который мог бы улучшить разрешение радиолокационной навигации.

Узнайте больше

На этом сайте

Электромагнитный спектр
Микроволновые печи
Радар
Радио
Телевидение

Книги

Микроволны: введение в схемы, устройства и антенны М. Л. Сисодиа. New Age International, 2007. Вводное руководство, но предназначено для студентов.
Электромагнитная теория микроволн и оптоэлектроники Кэцянь Чжан и Децзе Ли. Springer, 2007. Еще один текст для студентов.

Статьи

Легко читаемые

От радара времен Второй мировой войны до попкорна в микроволновке: там был резонаторный магнетрон Эллисон Марш. IEEE Spectrum, 31 октября 2018 г. Изучение разработки военного магнетрона.
Краткая история микроволновой печи, Эван Акерман. IEEE Spectrum, 30 сентября 2016 г. Как Перси Спенсер из Raytheon впервые применил новый способ приготовления пищи — волнами.
Микроволновые печи, изображающие из себя астрономические объекты Александра Хеллеманса. IEEE Spectrum, 5 мая 2015 г. Как магнетроны в микроволнах создали проблемы для астрономов.

История и развитие магнетронов

Андрей Хаефф и удивительный микроволновый усилитель Джека Коупленда и Андре А. Хаефа. IEEE Spectrum, 25 августа 2015 г. Изучение работы забытой фигуры из истории микроволнового излучения.
[PDF] Изобретение резонаторного магнетрона и его внедрение в Канаде и США Полом А. Рэдхедом. Physics in Canada, ноябрь/декабрь 2001 г. Это отличный краткий отчет о том, как магнетроны развивались во время Второй мировой войны в Соединенных Штатах, Великобритании и Канаде. [Архивировано через The Wayback Machine. ]
Резонаторный магнетрон во Второй мировой войне: была ли оправдана секретность? Бернард Ловелл, Notes and Records of the Royal Society of London, Vol. 58, № 3 (сентябрь 2004 г.), стр. 283–294.
личностей в науке: Альберт В. Халл, Scientific American, Vol. 168, № 5, май 1943 г., с. 195. Краткая биография пионера магнетрона и почему его работа имела такое большое значение в военное время.
The Cavity Magnetron: Not Just a British Invention by Yves Blanchard et al, IEEE Antennas and Propagation Magazine, октябрь 2013 г.

Более технический

Обзор релятивистского магнетрона Дмитрия Андреева, Артема Кускова и Эдла Шамилоглу. Материя и излучение в крайностях 4, 067201 (2019). Включает большой обзор общей истории магнетрона и множество полезных цитат.
Исторические заметки о резонаторном магнетроне от H.A.H. Бут и Дж.Т. Рэндалл. Труды Института инженеров по электротехнике и электронике, № 7, июль 1976 г., стр. 724. Как два британских пионера разработали ранние военные магнетроны.

Патенты

Работа: Иллюстрации оригинального резонаторного магнетрона Артура Сэмюэля из его Патент США № 2063342: Электронно-разрядное устройство. любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США. Как и на рисунках выше, анод окрашен в красный цвет, катод — в желтый, а катод — в желтый. катушка, окружающая стеклянную газоразрядную трубку, темно-серого цвета.

Если вы хотите прочитать подробные технические описания того, как устроены магнетроны и как они работают, патенты — отличное место для начала. Их не всегда так просто понять, но описания очень подробные, и, как правило, есть очень четкие схемы с надписями. Вот несколько, чтобы начать вас; вы найдете намного больше, если будете искать в USPTO (или Google Patents) по ключевому слову «магнетрон»:

Патент США № 2099533: Магнетрон Дитриха Принца, Telefunken Gesellschaft, 30 июля 1935 г. Ранняя немецкая конструкция магнетрона.
Патент США № 2063342: Электронно-разрядное устройство Артура Л. Сэмюэля, Bell Telephone Laboratories, 8 декабря 1936 г. Первый резонаторный магнетрон.
Патент США № 2408235: Высокоэффективный магнетрон Перси Л. Спенсера, Raytheon Manufacturing Company, 24 сентября 1946 г. Полный текст патента Перси Спенсера на резонаторный магнетрон, показанный выше.
Патент США № 7 906 912: Магнетрон от Takeshi Ishii et al. Panasonic Corporation, 15 марта 2011 г. Очень подробное описание типа магнетрона, который вы найдете в современной микроволновой печи.

Каталожные номера

↑ Личности в науке: Альберт В. Халл.
↑ Патент США № 2,063,342: Электронно-разрядное устройство Артура Л. Сэмюэля.
↑ Резонаторный магнетрон во время Второй мировой войны: была ли оправдана секретность? Бернард Ловелл. Николай Алексеев и Дмитрий Маляров — Пути жизни изобретателей многорезонаторного магнетрона Н. А. Борисовой, 2011 г. 21-я Международная Крымская конференция «СВЧ и телекоммуникационная техника», Севастополь, 2011 г. , стр. 97–99.
↑ Исторические заметки о резонаторном магнетроне H.A.H. Бут и Дж.Т. Рэндалл.
↑ Обзор релятивистского магнетрона Дмитрия Андреева, Артема Кускова и Эдла Шамилоглу.

5 Полные быстрые факты — фанаты Lambda

ОБСУЖДЕНИЕ: Магнитронная микроволновая печь

Введение в Magnetron Microwave
. Краткая история Magnetron 14
Apply Magnetron 14
Apply Magnetron 14
Apply Magnetron 14
Apply Magnetron 14
.0160
Конструкция магнетрона
Работа внутри магнетрона
Проблемы со здоровьем, связанные с магнетронами

Введение в магнитную микроволновую печь | Что такое Магнетрон?
Магнетрон — это разновидность микроволновой лампы. Прежде чем обсуждать магнетрон и связанные с ним темы, давайте выясним некоторые из основных определений.
Микроволновые лампы: Микроволновые лампы — это устройства, генерирующие микроволны. Это электронные пушки, которые производят линейные лучевые трубки.

Теперь определение магнетрона дается следующим образом: поле и электронные пучки.

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

Типичная магнетронная микроволновая печь, Изображение предоставлено: Домашняя страница HCRS, Magnetron1, CC BY-SA 2.0 AT

Краткая история магнетронной микроволновой печи

Корпорация Siemens разработала самый первый магнетрон в 1910 году под руководством ученого. Ханс Гердиен. Швейцарский физик Генрих Грейнахер обнаружил идею движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях из собственных неудачных экспериментов по вычислению массы электронов. Он разработал математическую модель около 19 года.12.

В Соединенных Штатах Альберт Халл начал работу по управлению движением электронов с помощью магнитного поля, а не обычного электростатического поля. Эксперимент был начат, чтобы обойти патент «триода» Western’s Electric.

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

Изобретение и растущая популярность RADAR увеличили спрос на устройства, которые могут производить микроволны на более коротких волнах.

В 1940 году сэр Джон Рэндалл и Гарри Бут из Бирмингемского университета разработали рабочий прототип объемного магнетрона. В начале устройство производило около 400 Вт мощности. Дальнейшие разработки, такие как водяное охлаждение и ряд других улучшений, увеличили вырабатываемую мощность с 400 Вт до 1 кВт, а затем до 25 кВт.

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

Резонаторный магнетрон, разработанный сэром Джоном Рэндаллом и Гарри Бутом из Бирмингемского университета, Magnetron Microwave, изображение предоставлено: Elektrik Fanne, R&B Magnetron, CC BY-SA 4.0

Применение магнетрона

Магнетрон является полезным устройством, имеет несколько приложений в различных областях. Давайте обсудим некоторые из них.

Магнетроны в радаре: Использование магнетрона в радаре, используемом для генерации коротких импульсов мощных микроволновых частот. Волновод магнетрона присоединен к любой из антенн внутри радара.
- Есть несколько факторов Магнетрона, которые усложняют работу Радара. Одной из них является проблема, связанная с нестабильностью частоты. Этот фактор порождает проблему частотных сдвигов.
- Вторая характеристика заключается в том, что магнетрон производит сигналы с мощностью более широкой полосы пропускания. Таким образом, приемник должен иметь более широкую полосу пропускания, чтобы принимать их. Теперь, имея более широкую полосу пропускания, приемник также принимает какой-то нежелательный шум.

Ранний коммерческий радар для аэропорта, Магнетронная микроволновая печь, Изображение: Неизвестный авторНеизвестный автор, Магнетронная радарная сборка 1947 г., помечено как общественное достояние, подробнее на Викискладе

Магнетронный нагрев | Магнетронные микроволновые печи: Магнетроны используются для генерации микроволн, которые в дальнейшем используются для нагревания. Внутри микроволновой печи сначала магнетрон производит микроволновые сигналы. Затем волновод передает сигналы на прозрачный радиочастотный порт в камеру для пищевых продуктов. Камера имеет фиксированный размер и также близка к магнетрону. Вот почему паттерны стоячих волн рандомизируются вращающимся двигателем, который вращает пищу внутри камеры.

Микроволновая печь, Магнетронные микроволновые приложения, Изображение предоставлено: Первоначальный загрузчик был 吉恩 в китайской Википедии., Weibolu, CC BY-SA 3.0

Магнетронное освещение: Существует множество доступных устройств, которые загораются с помощью магнетронного возбуждения. . Такие устройства, как серная лампа, являются ярким примером такого света. Внутри устройств магнетрон генерирует микроволновое поле, которое проводится волноводом. Затем сигнал проходит через светоизлучающий резонатор. Эти типы устройств являются сложными. В настоящее время они не используются вместо более поверхностных элементов, таких как нитрид галлия (GaN), или используются HEMT.

Конструкция магнетрона

В этом разделе мы обсудим физическую конструкцию и компоненты магнетрона.

Магнетрон сгруппирован как диод, так как он развернут на сетке. Анод магнетрона заключен в блок цилиндрической формы, изготовленный из меди. Есть нити накала с выводом накала и катодом в центре трубки — выводы накала помогают удерживать катод и нить накала прикрепленными к нему в центре. Катод изготовлен из высокоэмиссионного материала и нагревается для работы.

Магнетрон с его частями, Магнетронная микроволновая печь, Изображение предоставлено: Домашняя страница HCRS, Magnetron2, CC BY-SA 2.0 AT

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

Каждый резонатор функционирует как параллельный резонансный контур, в котором дальняя стенка анодного медного блока работает как индуктор. Область кончика лопасти считается конденсатором. Теперь резонансная частота контура зависит от физических размеров резонаторного контура.

Очевидно, что если резонатор начинает колебаться, он возбуждает другие резонаторы, и они тоже начинают колебаться. Но есть одно свойство, которому следует каждая полость. Если полость начинает колебаться, следующая полость начинает колебаться с запаздыванием по фазе на 180 градусов. Это относится к любой полости. Теперь последовательность колебаний создает самодостаточную структуру медленной волны. Вот почему этот тип конструкции магнетрона также известен как «многорезонаторный магнетрон бегущей волны».

Центральный катод в середине микроволнового магнетрона. Изображение предоставлено: Pingu Is Sumerian, сечение магнетрона поперек оси, CC BY-SA 3.0

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

Доступны четыре типа расположения полостей. Их —

Slot-type
Vane-type
Rising Sun type
Hole and slot type

Operation of a Magnetron Microwave

Magnetron goes under some phases to generate signals микроволновых диапазонов частот. Фазы перечислены ниже.

Фаза 1: Генерация и ускорение электронного пучка
Фаза 2: Контроль скорости и изменение электронного луча
Фаза 3: Генерация «Колеса космического заряда»
Фаза 4: Преобразование энергии
давайте обсудим инциденты, которые происходят на каждом этапе.
Фаза 1: Генерация и ускорение электронного пучка
Катод внутри резонатора имеет отрицательную полярность напряжения. Анод расположен в радиальном направлении от катода. Теперь косвенный нагрев катода вызывает поток электронов к аноду. В момент генерации магнитное поле в резонаторе отсутствует. Но после рождения электрона слабое магнитное поле искривляет путь электронов. Путь электрона резко изгибается, если сила магнитного поля еще больше увеличивается. Теперь, если скорость электронов увеличивается, изгиб снова становится более резким.
Фаза 2: Контроль скорости и изменение электронного пучка
Эта фаза происходит внутри переменного поля резонатора. Поле переменного тока расположено от соседних сегментов анода к области катода. Это поле ускоряет поток электронного пучка, идущего к сегментам анода. Электроны, которые текут к сегментам, замедляются.
Фаза 3: Создание «Колеса пространственного заряда»
Потоки электронов в двух разных направлениях с разными скоростями вызывают движение, известное как «Колесо пространственного заряда». Это помогает увеличить концентрацию электронов, что дополнительно обеспечивает достаточную мощность для радиочастотных колебаний.
Фаза 4: Преобразование энергии
Теперь, после генерации электронного пучка и его ускорения, поле приобретает энергию. Электроны также отдают некоторую энергию полю. При движении от катода электроны распределяют энергию по каждой полости, через которую они проходят. Потеря энергии вызывает снижение скорости и, в конечном итоге, замедление. Теперь это происходит несколько раз. Высвобождаемая энергия эффективно используется, при этом достигается КПД до 80%.
Проблемы со здоровьем, связанные с магнетронной микроволновой печью
Магнетронная микроволновая печь генерирует микроволновые сигналы, которые могут вызвать проблемы с человеческим телом. Нить накала некоторых магнетронов состоит из тория, который является радиоактивным элементом и вреден для человека. Такие элементы, как оксиды бериллия и изоляторы, сделанные из керамики, также опасны, если их раздавить и вдохнуть. Это может повлиять на легкие.
Возможны повреждения из-за перегрева микроволновых печей с магнетроном.