Рис. 1.8. Внешний вид простого светодиодного индикатора СВЧ-излучения
1.3. Что мы знаем о магнетроне
Это источник СВЧ-энергии. Важнейший компонент СВЧ-печи – магнетрон – это электровакуумный диод, предназначен для генерирования колебаний СВЧ.
При работе магнетрона выделяется мощность, которая переходит в тепло, поэтому внутри рабочей камеры создается тепловое электромагнитное поле. Генерируемая магнетроном мощность поступает по волноводу – устройству, передающему энергию в рабочую зону печи, представляющую собой прямоугольную камеру (рабочая камера).
Рядом с волноводным выходом расположен вращающийся столик, на который помещают обрабатываемый продукт. Все это находится внутри корпуса СВЧ-печи.
Важно, чтобы излучение (опасное для жизни при непосредственном воздействии на человека) не выходило за пределы корпуса печи.
Корпус печи представляет собой замкнутую металлическую конструкцию, которая одновременно является экраном для излучения СВЧ во время работы печи (см. рис. 1.1).
1.3.1. СВЧ-установки и их рабочие камеры
При любом назначении СВЧ электротермической установки она имеет структурную схему, приведенную на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Структурная схема СВЧ-установки
Как было замечено выше, основным генератором СВЧ-энергии является магнетрон. Из приборов других типов наиболее перспективны клистроны и СВЧ-триоды. Генерируемая мощность поступает по волноводу (линия связи) в рабочую зону СВЧ-печи, представляющую собой прямоугольную камеру (рабочая камера). Рядом с волноводным выходом расположен диссектор, вращающийся от воздушной струи вентилятора. Диссектор необходим для того, чтобы получать равномерное распределение СВЧ-поля по объему камеры и, следовательно, обеспечить равномерный нагрев продукта.
Многие в этом месте зададут себе или мысленно автору справедливый вопрос: какой диссектор, это же «вчерашний день». Отнюдь, дорогие мои. В китайских СВЧ-печах, которые традиционно уже продаются на всей территории России, действительно в новейших конструкциях СВЧ-печей используют вращающийся столик, на который помещают обрабатываемый продукт. Система управления (иначе – блок управления и ввода информации) управляет технологическим процессом обработки. А в новейших СВЧ-бытовых установках, которые сегодня продаются в Европе, в частности в магазинах Германии и Финляндии, такие установки не содержат вращающегося столика, а имеют именно диссектор, то есть наиболее предприимчивые финны и германцы и их партнеры из Китая вернулись снова к диссекторам. Причем качество приготовления продуктов, на мой взгляд, в таких СВЧ-печах только улучшилось, значит, как обычно, через 20 лет и нам в России надо ждать такие же бытовые СВЧ-установки.
Установки и камеры должны удовлетворять определенным требованиям. Так, они должны обеспечивать заданный технологический режим термообработки, надежную работу генератора, защиту обслуживающего персонала от СВЧ-излучения.
К рабочей камере предъявляется требование равномерного нагрева по объему объекта с заданной скоростью нарастания температуры (темпом нагрева).
Для надежной работы генератора коэффициент стоячей волны по напряжению камеры не должен превышать допустимого для данного генератора значения. В этом отношении наибольший интерес представляют камеры с бегущей волной, так как они, практически не влияя на работу генератора, могут быть использованы с любым источником СВЧ-энергии.
Защита обслуживающего персонала от СВЧ-излучения осуществляется разумным конструированием системы загрузки-выгрузки. В конструкции рабочей камеры современной СВЧ-печи обязательно установлены блокировочные устройства, выключающие генератор в аварийных ситуациях.
1.3.2. Бытовая термообработка
Для бытовой термообработки в диапазоне волн СВЧ используются электромагнитные колебания на частотах 2375, 2450 МГц – у очень старых моделей и до 10–12 ГГц – в современных печах. В табл. 1.1 приведены сведения о глубине проникновения электромагнитной волны в некоторые из диэлектриков с потерями. Если вместо диэлектриков (продуктов) помещать в бытовую СВЧ-установку проводящие предметы, например металлическую банку с тушенкой, то часто такой эксперимент приводит к последующему ремонту СВЧ-печи.
Наряду с накальными магнетронами существуют безнакальные. Магнетроны с безнакальным автокатодом типа МИ (магнетрон импульсный) обладают рядом существенных преимуществ перед накальными магнетронами, применяемыми в бытовых СВЧ-печах.
Они позволяют обеспечить «мгновенную» (с первого импульса) готовность без затраты энергии на разогрев катода; существенно повысить надежность работы магнетрона; упростить схему передающего устройства, исключив из схемы десяток радиокомпонентов в связи с отсутствием необходимости в высокопотенциальном трансформаторе, управляющем устройстве и регуляторе напряжения в цепи накала (блока БУВИ – см. структуру на рис. 1.10), задающем и блокинг-генераторах, реле времени и др.; уменьшить массу и габариты прибора; снизить себестоимость готового изделия, одновременно повысив его эксплуатационную надежность.
Таблица 1.1.
Глубина проникновения электромагнитной волны в диэлектрике с потерями при 20–25 °C
Рис. 1.10. Структурная схема блока управления СВЧ-печью
В табл. 1.2 представлены сведения о магнетронах с безнакальным автокатодом.
1.3.3. Возможные неисправности магнетронов
Внешний вид магнетрона представлен на рис. 1.11.
Возможные неисправности магнетронов таковы:
• анод магнетрона выполнен в виде медного цилиндра. Рабочее напряжение анода магнетрона (в зависимости от типа) колеблется в диапазоне 3800–4000 В. Мощность от 500 до 1200 Вт.
Таблица 1.2.
Магнетроны с безнакальным автокатодом
Рис. 1.11. Внешний вид популярного магнетрона типа 2M213-09F
Магнетрон крепится непосредственно на волноводе (см. рис. 1.3). В СВЧ-печах, где производитель располагает магнетрон с коротким волноводом, можно наблюдать такой дефект, как пробой слюдяной прокладки. Происходит это в результате загрязнения прокладки;
• при пробое прокладки колпачок магнетрона расплавляется (это случается с магнетронами типа 2M-218H(R), OM7S(20), 2M213-09F, 2М-219Н(В), 2M226-09F и конструктивно аналогичными). Его (колпачок) можно заменить аналогичным колпачком с другого магнетрона;
• как любая электронная лампа с накалом, он может терять свою эмиссию, в результате чего значительно сокращается мощность энергии и увеличивается время приготовления. Обычно средний срок службы магнетрона (к примеру, 2М213-хх) имеет предел 15 000 часов эксплуатации. Его КПД при этом составляет 75–80 %, что является эффективным показателем для магнетронов генераторов СВЧ-колебаний;
• пробой переходных конденсаторов можно обнаружить с помощью тестера в режиме измерения сопротивления. Пробой происходит на корпус магнетрона. Устраняется неисправность путем замены всего узла.
Отдельно магнетрон можно проверить, только сформировав все необходимые для его работы напряжения.
В микроволновой печи вторым по значимости элементом после магнетрона является источник питания (рис. 1.4). От его надежности зависит вся безопасная работа печи.
1.3.4. Инструментарий для диагностики и ремонта
Замечательным инструментом при ремонте и диагностике СВЧ-печи, в частности при диагностике магнетронов, являются токовые клещи, например ECT-650 «Escort». Они позволяют измерить ток, потребляемый печью, ток высоковольтной обмотки трансформатора.
Номинальный ток, потребляемый печью, 4,5–6 А, ток высоковольтной обмотки трансформатора 0,3–0,5 А.
Большие отклонения от указанных значений (особенно в сторону увеличения отдельных параметров) говорят о локальной неисправности магнетрона.
Вместе с тем занижение всех параметров может объясняться плохими контактами, начиная от сетевой розетки и заканчивая коммутационными элементами (реле, электрические выключатели, контакты).
Для того чтобы удостовериться в исправности магнетрона и достаточном уровне СВЧ-излучения внутри корпуса печи, его проверяют детектором.
Детекторы СВЧ-излученияВыше на рис. 1.8 уже был представлен промышленный детектор СВЧ-излучения, который можно приобрести в магазинах электротоваров.
Расскажем о нем подробнее. Это устройство фиксирует не только СВЧ-импульсы, которые можно проверить, поднеся прибор непосредственно во время работы печи к ее стенкам. Оно также окажется полезным для поиска «жучков», работающих на сверхвысокой частоте, поиска сотовых телефонов и проверки их работы. Стоит такой промышленный тестер менее 1000 руб.
