Kuchenka mikrofalowa ugruntowała swoją pozycję i stała się jednym z nieodzownych atrybutów każdego mieszkania. To urządzenie domowe pozwala rozgrzać lub ugotować jedzenie w ciągu kilku minut za pomocą promieniowania niewidocznego dla oka.
Aby jednak dowiedzieć się, skąd promieniowanie to pochodzi i jak jest ono bezpieczne dla ludzi, konieczne jest zrozumienie urządzenia i zasady działania magnetronu mikrofalowego, który jest generatorem fal o wysokiej częstotliwości.
Magnetron
Co to są mikrofale i jak podgrzewają jedzenie
Promieniowanie mikrofalowe nazywa się promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali od 1 mm do 1 m. Ten rodzaj promieniowania jest wykorzystywany nie tylko do celów domowych, ale także w systemach nawigacyjnych i radarowych, a ponadto zapewnia komunikację komórkową i telewizję satelitarną.
Mikrofale mogą być wytwarzane zarówno sztucznie, jak i naturalnie (na przykład na Słońcu). Inną nazwą mikrofal jest promieniowanie mikrofalowe lub mikrofalowe.
Wszystkie typy domowych piekarników mikrofalowych mają pojedynczą częstotliwość promieniowania 2450 MHz. Ta wartość jest międzynarodowym standardem, do którego producenci urządzeń gospodarstwa domowego muszą się ściśle stosować, aby ich produkty nie zakłócały działania innych urządzeń mikrofalowych.
Promieniowanie mikrofalowe
Efekt termiczny promieniowania mikrofalowego odkrył amerykański fizyk Percy Spencer w 1942 roku. To on opatentował użycie urządzenia, które generuje mikrofale do gotowania, tym samym kładąc podwaliny pod zastosowanie kuchenek mikrofalowych w życiu codziennym.
W ciągu następnych kilku dekad technologia ta została udoskonalona, co pozwoliło na masową produkcję prostych i niedrogich urządzeń do szybkiego podgrzewanie jedzenia.
Aby ogrzać dowolny materiał w kuchence mikrofalowej, konieczna jest obecność cząsteczek dipolowych, to znaczy cząsteczek o przeciwnych ładunkach elektrycznych na obu końcach.
W żywności głównym źródłem jest woda. Pod wpływem promieniowania mikrofalowego cząsteczki te zaczynają ustawiać się w linii wzdłuż linii sił pola elektromagnetycznego, zmieniając kierunek około 5 miliardów razy na sekundę. Tarcie między nimi towarzyszy uwolnieniu ciepła, które podgrzewa jedzenie.
Jednak mikrofale nie są w stanie przeniknąć głębiej niż 2-3 cm od powierzchni produktu, więc wszystko, co znajduje się pod tą warstwą, rozgrzewa się z powodu przewodności cieplnej z ogrzewanych obszarów.
Ogrzewanie mikrofalowe
Urządzenie magnetronowe i jego zastosowanie
W większości typów urządzeń mikrofalowych magnetron jest generatorem częstotliwości mikrofalowych. Urządzenia o podobnej zasadzie działania - klistrony i platynotrony - nie są tak szeroko stosowane. Magnetron po raz pierwszy zastosowano w kuchenkach mikrofalowych w 1960 roku. Najczęściej stosowaną techniką jest magnetron wielokomorowy, składający się z kilku elementów:
- Anoda Jest to miedziany cylinder podzielony na sektory o grubych metalowych ścianach. Te wnęki wolumetryczne są rezonatorami tworzącymi układ oscylacji pierścienia. Na anodę przykładane jest napięcie około 4000 woltów.
- KatodaZnajduje się w środkowej części magnetronu i jest cylindrem, wewnątrz którego znajduje się żarnik. W tej części urządzenia występuje emisja elektronów. Napięcie 3 woltów jest doprowadzane do grzejnika (żarnika).
- Magnesy pierścieniowe Elektromagnesy lub magnesy trwałe o dużej mocy, znajdujące się w końcowych częściach urządzenia, są niezbędne do wytworzenia pola magnetycznego skierowanego równolegle do osi magnetronu. Ruch elektronów odbywa się również w tym kierunku.
- Drutowa pętla Jest podłączony do katody, zamocowany w rezonatorze i wysyłany do emitera antenowego. Pętla służy do wysyłania promieniowania mikrofalowego do falowodu, po czym wchodzi bezpośrednio do komory mikrofalowej.
Urządzenie magnetronowe
Ze względu na prostotę konstrukcji i niski koszt magnetrony znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach, ale są one najczęściej:
- W kuchenkach mikrofalowych. Oprócz szybkiego gotowania i rozmrażania żywności w domowych piekarnikach, magnetrony umożliwiają również wykonywanie zadań produkcyjnych. Przemysłowa kuchenka mikrofalowa może podgrzewać, suszyć, topić, palić i nie tylko. Ważne jest, aby pamiętać, że kuchenki mikrofalowej nie można włączyć pustej, ponieważ w tym przypadku promieniowanie nie zostanie przez nic pochłonięte i powróci do falowodu, co może doprowadzić do jego awarii.
- W radar. Antena radarowa podłączona do falowodu jest w rzeczywistości zasilaniem stożkowym i jest używana w połączeniu z reflektorem parabolicznym (płytką). Magnetron generuje silne krótkie impulsy energii o małej długości fali, których część, odbita, ponownie trafia do anteny, a następnie do czułego odbiornika, który przetwarza sygnał i wyświetla go na ekranie.
Magnetrony w radarze
Zasada działania magnetronu
Działanie kuchenki mikrofalowej polega na zamianie energii elektrycznej na promieniowanie elektromagnetyczne o ultra wysokiej częstotliwości, które napędza cząsteczki wody w żywności. Cząsteczki dipolowe, stale zmieniając kierunek, wytwarzają ciepło, co pozwala szybko ogrzewać produkty, zachowując jednocześnie ich korzystne właściwości. Urządzeniem wytwarzającym mikrofale jest magnetron.
W rzeczywistości magnetron jest diodą elektro-próżniową, w której działaniu stosuje się zjawisko emisji termionowej. Zjawisko to występuje podczas podgrzewania powierzchni emitera lub katody. Pod wpływem wysokiej temperatury najbardziej aktywne elektrony mają tendencję do opuszczania swojej powierzchni, ale dzieje się tak tylko wtedy, gdy napięcie zostanie przyłożone do anody. W tym przypadku powstaje pole elektryczne, a elektrony zaczynają przesuwać się w kierunku anody, kierując się wzdłuż linii sił. Jeśli elektrony znajdują się w polu magnetycznym, wówczas ich trajektorie odchylają się w kierunku linii siły.
Dioda próżniowa
Anoda magnetronowa ma postać cylindra z układem wnęk lub rezonatorów, wewnątrz którego znajduje się katoda z żarnikiem. Dwa magnesy pierścieniowe umieszczone wzdłuż krawędzi anody wytwarzają pole magnetyczne wewnątrz anody, dzięki czemu elektrony nie przemieszczają się bezpośrednio z katody do anody, lecz zmieniają swoją ścieżkę, obracając się wokół katody. W pobliżu rezonatorów elektrony przekazują im część swojej energii, co prowadzi do powstania w ich wnękach silnego pola mikrofalowego, które jest wydobywane za pomocą pętli drutowej podłączonej do anteny emitera.
Aby uruchomić magnetron, konieczne jest przyłożenie do anody wysokiego napięcia rzędu 3-4 tysięcy woltów. Dlatego magnetron jest podłączony do domowego źródła zasilania za pomocą transformatora wysokiego napięcia. Ponadto obwód przełączający kuchenki mikrofalowej zawiera falowód, który przekazuje promieniowanie do komory, obwód przełączający, jednostkę sterującą, a także elementy zabezpieczające i chłodzące.Ponadto wewnętrzne ściany komory i cienka metalowa siatka na drzwiach urządzenia utrudniają wyjście promieniowania poza nią.
Obwód przełączający magnetron
Jak magnetron wpływa na moc mikrofal
Większość współczesnych producentów kuchenek mikrofalowych oferuje opcję wyboru mocy urządzenia. Z kolei tryb pracy (rozmrażanie lub podgrzewanie) i szybkość podgrzewania żywności zależą od tego parametru. Jednak cechy konstrukcyjne magnetronu nie pozwalają na zmniejszenie jego mocy, dlatego w celu zmniejszenia intensywności nagrzewania energia jest dostarczana do niego w określonych odstępach czasu. Te przerwy w działaniu magnetronu można zobaczyć, jeśli włączysz kuchenkę mikrofalową przy średniej mocy i posłuchasz dźwięku jej pracy.
Nie tak dawno temu niektórzy producenci urządzeń gospodarstwa domowego ogłosili pojawienie się wielu modeli kuchenek mikrofalowych z obwodem zasilania falownika. Zastosowanie tego schematu pozwoliło nie tylko zwiększyć ilość przestrzeni użytkowej w komorze poprzez zmniejszenie wymiarów emitera, ale także zmniejszyć zużycie energii przez urządzenie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych modeli temperatura ogrzewania w piecach z falownikiem zmienia się płynnie, ale ich koszt jest znacznie wyższy.
Chłodzenie i ochrona magnetronowa
Podczas pracy magnetron emituje dużą ilość ciepła, dlatego na jego korpusie zainstalowany jest grzejnik. Ponieważ przegrzanie jest główną przyczyną awarii magnetronu, inne metody są również stosowane w celu jego ochrony:
- Przekaźnik termiczny. To urządzenie służy do ochrony magnetronu, a także grilla, jeśli jest dostępny w modelu. Bezpiecznik termiczny jest wyposażony w bimetaliczną płytkę, którą można dostosować do określonej temperatury. Jeśli ta wartość zostanie przekroczona, zgina się i otwiera obwód mocy.
- Wentylator Nie tylko wydmuchuje promiennik magnetronowy chłodnym powietrzem, ale także wykonuje szereg innych przydatnych funkcji, takich jak chłodzenie elementów elektronicznych urządzenia, cyrkulacja powietrza wewnątrz komory podczas pracy grilla, a także usuwanie gorącej pary przez specjalne otwory.
- System zamykania. Kilka mikroprzełączników kontroluje pozycję drzwiczek mikrofalowych, zapobiegając włączeniu magnetronu, gdy jest on otwarty.
Przekaźnik termiczny
Czy można wymienić magnetron?
Główną zaletą nowoczesnych magnetronów do domowych piekarników mikrofalowych jest ich zamienność. Magnetrony produkowane przez inne firmy będą odpowiednie dla różnych modeli kuchenek mikrofalowych, więc w razie potrzeby można je zmienić. W takim przypadku jedynym niezbędnym wymogiem będzie zgodność zasilania. Możesz kupić magnetron w wielu sklepach z elektroniką, jednak aby dokonać właściwego wyboru, musisz zrozumieć jego parametry i oznakowanie. Najczęściej w mikrofalówkach instalowane są następujące modele magnetronowe:
- 2M 213 (600 watów mocy znamionowej i 700 watów pod obciążeniem);
- 2M 214 (1000 W);
- 2M 246 (1150 W - najwyższa moc).
Nawet po przestudiowaniu wszystkich niezbędnych parametrów tego urządzenia nie zaleca się wymiany magnetronu w domu. Po pierwsze, usunięcie go będzie dość trudne, a po drugie, tylko wykwalifikowany specjalista może zapewnić jego bezpieczne działanie po instalacji.
Standardowa konfiguracja magnetronowa
Diagnostyka awarii i przyczyny ich wystąpienia
Wymiana magnetronu może wymagać dość znacznych kosztów finansowych, dlatego przed zakupem nowego urządzenia należy zdiagnozować stary, aby upewnić się, że naprawdę działa nieprawidłowo. Testowanie można wykonać w domu za pomocą konwencjonalnego testera. Będzie to wymagało:
- Odłącz kuchenkę mikrofalową.
- Zdejmij pokrywę ochronną i sprawdź wzrokowo część.
- „Zadzwoń” głównymi elementami płytki drukowanej za pomocą testera lub „multimetru”.
- Sprawdź przekaźnik termiczny.
Diagnostyka
Pod koniec diagnozy możesz wyciągnąć wnioski dotyczące nieprawidłowego działania niektórych części. Głównymi przyczynami awarii magnetronu są:
- Wadliwa nasadka próżniowa. Możesz go wymienić samodzielnie, po prostu podnosząc podobną nasadkę z innego magnetronu. Siedzenia tych czapek mają standardową konfigurację.
- Uszkodzenie grzałki. At włączanie pustej kuchenki mikrofalowej lub niewłaściwe ładowanie magnetronu ulegnie przegrzaniu, co może prowadzić do nadmiernego włókna i pęknięcia. Do jego diagnozy konieczne jest zmierzenie rezystancji między nogami kondensatora. Jeśli jego wartość mieści się w zakresie 5-7 omów, oznacza to, że grzejnik działa.
- Awaria kondensatora przejściowego. Jeśli tester nie wykazuje „nieskończonej” wartości rezystancji między stykami, należy wymienić kondensator.
