Il principio di funzionamento e l'inclusione del magnetron del forno a microonde

Un forno a microonde si è affermato saldamente ed è diventato uno degli attributi indispensabili di qualsiasi appartamento. Questo elettrodomestico ti consente di riscaldare o cuocere il cibo in pochi minuti con l'aiuto di radiazioni invisibili agli occhi.

Ma per scoprire da dove proviene questa radiazione e quanto sia sicura per l'uomo, è necessario comprendere il dispositivo e il principio di funzionamento di un magnetron a microonde, che è un generatore di onde ad alta frequenza.

magnetron

Cosa sono le microonde e come riscaldano il cibo

Le radiazioni a microonde sono chiamate radiazioni elettromagnetiche con una lunghezza d'onda compresa tra 1 mm e 1 m. Questo tipo di radiazione viene utilizzata non solo per scopi domestici, ma anche nei sistemi di navigazione e radar, e inoltre fornisce comunicazioni cellulari e televisione satellitare.

Le microonde possono essere generate sia artificialmente che naturalmente (ad esempio, sul sole). Un altro nome per microonde è la radiazione a microonde o microonde.

Tutti i tipi di forni a microonde per uso domestico hanno una singola frequenza di radiazione di 2450 MHz. Questo valore è uno standard internazionale a cui i produttori di elettrodomestici devono attenersi rigorosamente affinché i loro prodotti non interferiscano con il funzionamento di altri dispositivi a microonde.

Radiazione a microonde

L'effetto termico della radiazione a microonde fu scoperto dal fisico americano Percy Spencer nel 1942. Fu lui a brevettare l'uso di un dispositivo che genera microonde per cucinare, gettando così le basi per l'uso dei forni a microonde nella vita di tutti i giorni.

Nel corso dei decenni successivi, questa tecnologia è stata perfezionata, che ha permesso di stabilire una produzione in serie di dispositivi semplici ed economici per una rapida riscaldamento del cibo.

Per riscaldare qualsiasi materiale in un forno a microonde, è necessaria la presenza di molecole di dipolo, cioè molecole con cariche elettriche opposte ad entrambe le estremità.

Negli alimenti, la loro fonte principale è l'acqua. Sotto l'influenza della radiazione a microonde, queste molecole iniziano ad allinearsi lungo le linee di forza del campo elettromagnetico, cambiando direzione circa 5 miliardi di volte al secondo. L'attrito tra loro è accompagnato dal rilascio di calore, che riscalda il cibo.

Tuttavia, le microonde non sono in grado di penetrare a una profondità superiore a 2-3 cm dalla superficie del prodotto, quindi tutto ciò che si trova sotto questo strato si riscalda a causa della conduttività termica delle aree riscaldate.

Riscaldamento a microonde

Dispositivo Magnetron e sua applicazione

Nella maggior parte dei tipi di apparecchiature a microonde, un magnetron è un generatore di frequenze a microonde. I dispositivi che sono simili nel loro principio di azione - klystrons e platinotrons, non sono così ampiamente utilizzati. Il magnetron fu utilizzato per la prima volta nei forni a microonde nel 1960. La tecnica più comunemente usata è un magnetron multi-cavità, costituito da diversi componenti:

1. Anodo. È un cilindro di rame, diviso in settori con spesse pareti metalliche. Queste cavità volumetriche sono i risonatori che creano il sistema di oscillazione dell'anello. All'anodo viene applicata una tensione di circa 4000 volt.
2. Catodo.Si trova nella parte centrale del magnetron ed è un cilindro, all'interno del quale è presente un filamento incandescente. L'emissione di elettroni si verifica in questa parte del dispositivo. Una tensione di 3 volt viene applicata al riscaldatore (filamento).
3. Magneti ad anello. Gli elettromagneti o i magneti permanenti ad alta potenza, situati nelle parti terminali del dispositivo, sono necessari per creare un campo magnetico diretto parallelo all'asse del magnetron. Anche il movimento degli elettroni viene eseguito in questa direzione.
4. Passante per filo È collegato al catodo, fissato nel risonatore e inviato all'emettitore dell'antenna. Il circuito viene utilizzato per emettere radiazioni a microonde nella guida d'onda, dopodiché entra direttamente nella camera a microonde.

Dispositivo Magnetron

Grazie alla semplicità del design e al basso costo, i magnetroni hanno trovato applicazione in molti campi, ma sono più comuni:

• Nei forni a microonde. Oltre alla cottura rapida e allo scongelamento dei cibi nei forni domestici, i magnetroni consentono anche di svolgere attività di produzione. Un forno a microonde industriale può riscaldare, asciugare, fondere, arrostire e altro ancora. È importante ricordare che il forno a microonde non può essere acceso vuoto, perché in questo caso la radiazione non sarà assorbita da nulla e tornerà alla guida d'onda, il che può portare alla sua rottura.
• Nel radar. L'antenna radar collegata alla guida d'onda è in realtà un'alimentazione conica e viene utilizzata in combinazione con un riflettore parabolico (piastra). Il magnetron genera potenti impulsi di energia brevi con una piccola lunghezza d'onda, parte della quale, riflessa, va di nuovo all'antenna e quindi al ricevitore sensibile, che elabora il segnale e lo visualizza sullo schermo.

Magnetroni nel radar

Il principio di funzionamento del magnetron

Il funzionamento del forno a microonde si basa sulla conversione dell'energia elettrica in radiazione elettromagnetica di frequenza ultraelevata, che guida le molecole di acqua negli alimenti. Le molecole di dipolo, cambiando costantemente direzione, producono calore, che consente di riscaldare rapidamente i prodotti, mantenendo le loro proprietà benefiche. Il dispositivo che genera microonde è un magnetron.

Il magnetron, infatti, è un diodo elettro-vuoto, nel funzionamento del quale viene applicato il fenomeno dell'emissione termoionica. Questo fenomeno si verifica durante il riscaldamento della superficie dell'emettitore o del catodo. Sotto l'influenza dell'alta temperatura, gli elettroni più attivi tendono a lasciare la sua superficie, ma ciò accadrà solo quando la tensione viene applicata all'anodo. In questo caso, sorge un campo elettrico e gli elettroni iniziano a muoversi verso l'anodo, procedendo lungo le sue linee di forza. Se gli elettroni si trovano nel campo magnetico, le loro traiettorie si discostano nella direzione delle linee di forza.

Diodo vuoto

L'anodo magnetronico ha la forma di un cilindro con un sistema di cavità, o risonatori, all'interno del quale è presente un catodo con un filamento. Due magneti ad anello situati lungo i bordi dell'anodo creano un campo magnetico all'interno dell'anodo, grazie al quale gli elettroni non si spostano direttamente dal catodo all'anodo, ma cambiano il loro percorso, ruotando attorno al catodo. Vicino ai risonatori, gli elettroni danno loro parte della loro energia, il che porta alla formazione di un potente campo a microonde nelle loro cavità, che viene messo in evidenza usando un anello di filo collegato all'antenna dell'emettitore.

Per azionare il magnetron, è necessario applicare all'anodo un'alta tensione dell'ordine di 3-4 mila volt. Pertanto, il magnetron è collegato a un alimentatore domestico tramite un trasformatore ad alta tensione. Inoltre, il circuito di commutazione del forno a microonde include una guida d'onda che trasmette radiazioni nella camera, un circuito di commutazione, un'unità di controllo, nonché elementi di protezione e raffreddamento.Inoltre, le pareti interne della camera e una sottile rete metallica sulla porta del dispositivo impediscono l'uscita delle radiazioni al di là di essa.

Circuito di commutazione Magnetron

In che modo un magnetron influisce sulla potenza delle microonde

I più moderni produttori di forni a microonde offrono la possibilità di scegliere la potenza del dispositivo. A sua volta, la modalità di funzionamento (scongelamento o riscaldamento) e la velocità di riscaldamento degli alimenti dipendono da questo parametro. Tuttavia, le caratteristiche di progettazione del magnetron non consentono di ridurne la potenza, pertanto, per ridurre l'intensità del riscaldamento, l'alimentazione viene fornita ad esso a determinati intervalli. Queste pause nel funzionamento del magnetron possono essere viste accendendo il microonde a media potenza e ascoltando il suono del suo lavoro.

Non molto tempo fa, alcuni produttori di elettrodomestici hanno annunciato la comparsa di numerosi modelli di forni a microonde con un circuito di alimentazione dell'inverter. L'applicazione di questo schema ha permesso non solo di aumentare la quantità di spazio utilizzabile nella camera riducendo le dimensioni dell'emettitore, ma anche di ridurre il consumo di energia del dispositivo. A differenza dei modelli convenzionali, la temperatura di riscaldamento nei forni di tipo inverter cambia in modo regolare, ma il loro costo è molto più elevato.

Magnetron di raffreddamento e protezione

Durante il funzionamento, il magnetron emette una grande quantità di calore, quindi un radiatore è installato sul suo corpo. Poiché il surriscaldamento è la ragione principale del guasto del magnetron, vengono utilizzati anche altri metodi per proteggerlo:

1. Relè termico. Questo dispositivo viene utilizzato per proteggere il magnetron, nonché la griglia, se disponibile nel modello. Il fusibile termico è dotato di una piastra bimetallica, che può essere regolata a una temperatura specifica. Se questo valore viene superato, si piega e apre il circuito di potenza.
2. Il fan. Non solo soffia il radiatore del magnetron con aria fresca, ma svolge anche una serie di altre utili funzioni, come il raffreddamento dei componenti elettronici del dispositivo, la circolazione dell'aria all'interno della camera mentre la griglia è in funzione e la rimozione del vapore caldo attraverso aperture speciali.
3. Sistema di blocco. Numerosi microinterruttori controllano la posizione della porta delle microonde, impedendo l'accensione del magnetron quando è aperta.

Relè termico

È possibile sostituire il magnetron

Il vantaggio principale dei moderni magnetroni per i forni a microonde domestici è la loro intercambiabilità. I magnetroni prodotti da altre aziende saranno adatti a vari modelli di forni a microonde, quindi possono essere cambiati se necessario. In questo caso, l'unico requisito necessario sarà la conformità dell'alimentazione. Puoi acquistare un magnetron in molti negozi di elettronica, tuttavia, per fare la scelta giusta, devi comprenderne i parametri e l'etichettatura. Molto spesso, i seguenti modelli di magnetron sono installati nelle microonde:

• 2M 213 (600 watt di potenza nominale e 700 watt sotto carico);
• 2M 214 (1000 W);
• 2M 246 (1150 W - la massima potenza).

Anche dopo aver studiato tutti i parametri necessari di questo dispositivo, non è consigliabile sostituire il magnetron a casa. In primo luogo, sarà abbastanza difficile rimuoverlo da soli, e in secondo luogo, solo uno specialista qualificato può garantirne il funzionamento sicuro dopo l'installazione.

Configurazione standard del magnetron

Diagnostica dei malfunzionamenti e le ragioni del loro verificarsi

La sostituzione di un magnetron può richiedere costi finanziari piuttosto consistenti, quindi prima di acquistare un nuovo dispositivo, è necessario diagnosticare quello vecchio per assicurarsi che funzioni davvero male. I test possono essere eseguiti a casa utilizzando un tester convenzionale. Ciò richiederà:

1. Scollegare il forno a microonde.
2. Rimuovere il coperchio protettivo e ispezionare visivamente la parte.
3. "Suonare" gli elementi principali del circuito stampato usando un tester o un "multimetro".
4. Ispezionare il relè termico.

diagnostica

Alla fine della diagnosi, puoi trarre conclusioni sul malfunzionamento di alcune parti. Le ragioni principali del fallimento del magnetron includono:

• Tappo del vuoto difettoso. Puoi sostituirlo da solo semplicemente raccogliendo un cappuccio simile da un altro magnetron. I sedili di questi tappi hanno una configurazione standard.
• Rottura del riscaldatore. a accendere il microonde vuoto o il caricamento improprio del magnetron si surriscalda, il che può portare a filamenti eccessivi e rotture. Per la sua diagnosi, è necessario misurare la resistenza tra le gambe del condensatore. Se il suo valore è compreso nell'intervallo 5-7 Ohm, il riscaldatore funziona.
• Rottura del condensatore di passaggio. Se il tester non mostra un valore di resistenza "infinita" tra i suoi contatti, è necessario sostituire il condensatore.