O princípio de operação e a inclusão do magnetron do forno microondas

Um forno de microondas tornou-se firmemente estabelecido e se tornou um dos atributos indispensáveis ​​de qualquer apartamento. Este eletrodoméstico permite aquecer ou cozinhar alimentos em questão de minutos, com a ajuda de radiação invisível aos olhos.

Mas, para descobrir de onde vem essa radiação e quão segura é para os seres humanos, é necessário entender o dispositivo e o princípio de operação de um magnetron de microondas, que é um gerador de ondas de alta frequência.

Magnetron

O que são microondas e como aquecem os alimentos

A radiação de microondas é chamada radiação eletromagnética, com um comprimento de onda de 1 mm a 1 M. Esse tipo de radiação é usado não apenas para fins domésticos, mas também em sistemas de navegação e radar, além de fornecer comunicações celulares e televisão por satélite.

As microondas podem ser geradas artificial e naturalmente (por exemplo, no sol). Outro nome para microondas é radiação de microondas, ou microondas.

Todos os tipos de fornos de microondas domésticos têm uma frequência de radiação única de 2450 MHz. Esse valor é um padrão internacional ao qual os fabricantes de eletrodomésticos devem aderir estritamente para que seus produtos não interfiram na operação de outros dispositivos de microondas.

Radiação de microondas

O efeito térmico da radiação de microondas foi descoberto pelo físico americano Percy Spencer em 1942. Foi ele quem patenteou o uso de um dispositivo que gera microondas para cozinhar, estabelecendo assim as bases para o uso de fornos de microondas na vida cotidiana.

Nas décadas seguintes, essa tecnologia foi aperfeiçoada, o que permitiu estabelecer uma produção em massa de dispositivos simples e baratos para rápida aquecimento de alimentos.

Para aquecer qualquer material em um forno de microondas, é necessária a presença de moléculas dipolo, isto é, moléculas com cargas elétricas opostas em ambas as extremidades.

Nos alimentos, sua principal fonte é a água. Sob a influência da radiação de microondas, essas moléculas começam a se alinhar ao longo das linhas de força do campo eletromagnético, mudando de direção cerca de 5 bilhões de vezes por segundo. O atrito entre eles é acompanhado pela liberação de calor, que aquece os alimentos.

No entanto, as microondas não conseguem penetrar a uma profundidade superior a 2-3 cm da superfície do produto; portanto, tudo o que está sob essa camada se aquece devido à condutividade térmica das áreas aquecidas.

Aquecimento por microondas

Dispositivo Magnetron e sua aplicação

Na maioria dos tipos de equipamentos de microondas, um magnetron é um gerador de frequências de microondas. Dispositivos que são semelhantes em seu princípio de ação - clístrons e platinotrons, não são tão amplamente utilizados. O magnetron foi usado pela primeira vez em fornos de microondas em 1960. A técnica mais comumente usada é um magnetron de várias cavidades, composto por vários componentes:

1. Ânodo É um cilindro de cobre, dividido em setores com grossas paredes metálicas. Essas cavidades volumétricas são os ressonadores que criam o sistema de oscilação do anel. Uma tensão de cerca de 4000 volts é aplicada ao ânodo.
2. Cátodo.Ele está localizado na parte central do magnetron e é um cilindro, no interior do qual existe um filamento incandescente. A emissão de elétrons ocorre nesta parte do dispositivo. Uma tensão de 3 volts é aplicada ao aquecedor (filamento).
3. Ímãs de anel. Eletroímãs ou ímãs permanentes de alta potência, localizados nas partes finais do dispositivo, são necessários para criar um campo magnético direcionado paralelo ao eixo do magnetron. O movimento dos elétrons também é realizado nessa direção.
4. Laço de fio É conectado ao cátodo, fixado no ressonador e enviado ao emissor da antena. O loop é usado para emitir radiação de microondas no guia de ondas, após o que entra diretamente na câmara de microondas.

Dispositivo Magnetron

Devido à simplicidade do design e ao baixo custo, os magnetrons encontraram aplicação em muitos campos, mas são mais comuns:

• Em fornos de microondas. Além de cozinhar rapidamente e descongelar alimentos em fornos domésticos, os magnetrons também permitem executar tarefas de produção. Um microondas industrial pode aquecer, secar, derreter, assar e muito mais. É importante lembrar que o microondas não pode ser ligado vazio, pois nesse caso a radiação não será absorvida por nada e retornará ao guia de ondas, o que pode levar à sua quebra.
• No radar. A antena do radar conectada ao guia de ondas é na verdade uma alimentação cônica e é usada em conjunto com um refletor parabólico (placa). O magnetron gera poderosos pulsos de energia curta com um pequeno comprimento de onda, parte do qual, refletida, volta novamente para a antena e depois para o receptor sensível, que processa o sinal e o exibe na tela.

Magnétrons no radar

O princípio de operação do magnetron

A operação do forno de microondas é baseada na conversão de energia elétrica em radiação eletromagnética de frequência ultra alta, que aciona as moléculas de água nos alimentos. Moléculas dipolo, mudando constantemente de direção, produzem calor, o que permite aquecer rapidamente produtos, mantendo suas propriedades benéficas. O dispositivo que gera microondas é um magnetron.

O magnetron, de fato, é um diodo de eletro-vácuo, em cuja operação o fenômeno de emissão termiônica é aplicado. Este fenômeno ocorre durante o aquecimento da superfície do emissor ou cátodo. Sob a influência da alta temperatura, os elétrons mais ativos tendem a deixar sua superfície, mas isso só acontece quando a tensão é aplicada ao ânodo. Nesse caso, um campo elétrico surge e os elétrons começam a se mover em direção ao ânodo, seguindo suas linhas de força. Se os elétrons estão no campo magnético, suas trajetórias se desviam na direção das linhas de força.

Diodo de vácuo

O ânodo magnetron tem a forma de um cilindro com um sistema de cavidades, ou ressonadores, dentro do qual existe um cátodo com um filamento. Dois ímãs de anel localizados ao longo das bordas do ânodo criam um campo magnético dentro do ânodo, devido ao qual os elétrons não se movem diretamente do cátodo para o ânodo, mas mudam seu caminho, girando em torno do cátodo. Perto dos ressonadores, os elétrons fornecem parte de sua energia, o que leva à formação de um poderoso campo de micro-ondas em suas cavidades, que é produzido através de um laço de fio conectado ao emissor da antena.

Para acionar o magnetron, é necessário aplicar uma alta tensão da ordem de 3-4 mil volts ao ânodo. Portanto, o magnetron é conectado a uma fonte de alimentação doméstica por meio de um transformador de alta tensão. Além disso, o circuito de comutação do forno de microondas inclui um guia de ondas que transmite radiação para a câmara, um circuito de comutação, uma unidade de controle, bem como elementos de proteção e refrigeração.Além disso, as paredes internas da câmara e uma fina malha de metal na porta do dispositivo impedem a saída de radiação além dela.

Circuito de comutação Magnetron

Como um magnetron afeta a potência do microondas

A maioria dos fabricantes modernos de fornos de microondas oferece a opção de escolher a potência do dispositivo. Por sua vez, o modo de operação (degelo ou aquecimento) e a taxa de aquecimento dos alimentos dependem desse parâmetro. No entanto, os recursos de design do magnetron não permitem reduzir sua potência; portanto, para reduzir a intensidade do aquecimento, a energia é fornecida a ele em determinados intervalos. Essas pausas na operação do magnetron podem ser vistas se você ligar o microondas em potência média e ouvir o som do seu trabalho.

Há pouco tempo, alguns fabricantes de eletrodomésticos anunciaram o aparecimento de vários modelos de fornos de microondas com um circuito de fonte de alimentação do inversor. A aplicação desse esquema permitiu não apenas aumentar a quantidade de espaço utilizável na câmara, reduzindo as dimensões do emissor, mas também o consumo de energia do dispositivo. Diferentemente dos modelos convencionais, a temperatura de aquecimento em fornos do tipo inversor muda suavemente, mas seu custo é muito maior.

Refrigeração e proteção Magnetron

Durante a operação, o magnetron emite uma grande quantidade de calor, portanto um radiador é instalado em seu corpo. Como o superaquecimento é a principal razão da falha do magnetron, outros métodos também são usados ​​para protegê-lo:

1. Relé térmico. Este dispositivo é usado para proteger o magnetron, bem como a grade, se disponível no modelo. O fusível térmico está equipado com uma placa bimetálica, que pode ser ajustada para uma temperatura específica. Se esse valor for excedido, ele dobra e abre o circuito de energia.
2. O fã. Ele não apenas sopra o radiador magnetron com ar frio, mas também desempenha várias outras funções úteis, como resfriar os componentes eletrônicos do dispositivo, circular ar dentro da câmara enquanto a churrasqueira está funcionando e também remover o vapor quente através de aberturas especiais.
3. Sistema de bloqueio. Vários microinterruptores controlam a posição da porta do microondas, impedindo que o magnetron seja ligado quando estiver aberto.

Relé térmico

É possível substituir o magnetron

A principal vantagem dos magnetrons modernos para fornos de microondas domésticos é sua permutabilidade. Os magnetrons produzidos por outras empresas serão adequados para vários modelos de fornos de microondas, para que possam ser trocados, se necessário. Nesse caso, o único requisito necessário será a conformidade de energia. Você pode comprar um magnetron em muitas lojas de eletrônicos, no entanto, para fazer a escolha certa, você precisa entender seus parâmetros e rotulagem. Na maioria das vezes, os seguintes modelos de magnetrons são instalados em microondas:

• 2M 213 (600 watts de potência nominal e 700 watts sob carga);
• 2M 214 (1000 W);
• 2M 246 (1150 W - a potência mais alta).

Mesmo tendo estudado todos os parâmetros necessários deste dispositivo, não é recomendável substituir o magnetron em casa. Em primeiro lugar, será bastante difícil removê-lo você mesmo e, em segundo lugar, apenas um especialista qualificado poderá garantir sua operação segura após a instalação.

Configuração padrão de magnetrons

Diagnóstico de mau funcionamento e os motivos de sua ocorrência

A substituição de um magnetron pode exigir custos financeiros bastante substanciais; portanto, antes de comprar um novo dispositivo, você deve diagnosticar o antigo para garantir que ele esteja realmente com defeito. Os testes podem ser feitos em casa, usando um testador convencional. Isso exigirá:

1. Desligue o microondas.
2. Remova a tampa protetora e inspecione visualmente a peça.
3. “Toque” os principais elementos da placa de circuito impresso usando um testador ou “multímetro”.
4. Inspecione o relé térmico.

Diagnóstico

No final do diagnóstico, você pode tirar conclusões sobre o mau funcionamento de certas partes. Os principais motivos para a falha do magnetron incluem o seguinte:

• Tampa de vácuo com defeito. Você pode substituí-lo simplesmente pegando uma tampa semelhante de outro magnetron. Os assentos dessas tampas têm uma configuração padrão.
• Quebra do aquecedor. At ligar o microondas vazio ou o carregamento inadequado do magnetron superaquecerá, o que pode levar a excesso de filamentos e quebra. Para o seu diagnóstico, é necessário medir a resistência entre as pernas do capacitor. Se seu valor estiver na faixa de 5-7 Ohms, o aquecedor estará funcionando.
• Avaria do capacitor de passagem. Se o testador não mostrar um valor de resistência "infinito" entre seus contatos, o capacitor deverá ser substituído.