Устройство магнетрона микроволновой печи

Микроволновая печь прочно вошла в обиход и стала одним из незаменимых атрибутов любой квартиры. Этот бытовой прибор позволяет за считаные минуты разогреть или приготовить пищу при помощи невидимого для глаза излучения.

Но чтобы узнать, откуда берется это излучение и насколько оно безопасно для человека, необходимо понимать устройство и принцип работы магнетрона микроволновой печи, который и является генератором высокочастотных волн.

Что такое микроволны и как они нагревают пищу

Микроволновым называется электромагнитное излучение с длиной волны от 1 мм до 1 м. Данный вид излучения используется не только в бытовых целях, но также в системах навигации и радиолокации, а кроме того обеспечивает работу сотовой связи и спутникового телевидения.

Микроволны могут генерироваться как искусственным, так и естественным способом (например, на Солнце). Другое название микроволн – это излучение сверхвысокой частоты, или СВЧ.

Во всех типах бытовых микроволновок установлена единая частота излучения, равная 2450 МГц. Данная величина является международным стандартом, которого производители бытовой техники должны строго придерживаться, чтобы их продукция не создавала помехи в работе других микроволновых устройств.

Тепловое воздействие СВЧ-излучения было обнаружено американским физиком Перси Спенсером в 1942 году. Именно он запатентовал применение устройства, генерирующего микроволны, для приготовления пищи, тем самым положив начало использования микроволновых печей в быту.

В последующие несколько десятилетий эта технология была доведена до совершенства, что позволило наладить массовый выпуск простых и недорогих устройств для быстрого разогрева пищи.

Чтобы нагреть какой-либо материал в микроволновой печи, необходимо присутствие в его составе дипольных молекул, то есть молекул, имеющих противоположные электрические заряды на обоих концах.

В пищевых продуктах главным их источником является вода. Под воздействием излучения сверхвысокой частоты эти молекулы начинают выстраиваться вдоль силовых линий электромагнитного поля, меняя свое направление около 5 миллиардов раз в секунду. Возникающее между ними трение сопровождается выделением тепла, которое и нагревает пищу.

Однако микроволны не способны проникнуть глубже, чем на 2-3 см от поверхности продукта, поэтому все, что находится под этим слоем, прогревается за счет теплопроводности от нагретых участков.

Нагрев пищи при помощи СВЧ

Устройство магнетрона и его применение

В большинстве видов микроволновой техники генератором сверхвысокочастотных колебаний является магнетрон. Устройства, похожие по своему принципу действия – клистроны и платинотроны, не получили настолько широкое распространение. Впервые магнетрон был применен в СВЧ-печах в 1960 году. Наиболее часто в технике используется многорезонаторный магнетрон, состоящий из нескольких компонентов:

1. Анод. Представляет собой медный цилиндр, разделенный на сектора с толстыми металлическими стенками. Эти объемные полости и являются резонаторами, создающими кольцевую систему колебаний. На анод подается напряжение порядка 4000 вольт.
2. Катод. Расположен в центральной части магнетрона и представляет собой цилиндр, внутри которого находится нить накаливания. В этой части устройства происходит эмиссия электронов. На подогреватель (нить накала) подается напряжение 3 вольта.
3. Кольцевые магниты. Электромагниты или постоянные магниты большой мощности, расположенные в торцевых частях прибора, необходимы для создания магнитного поля, направленного параллельно оси магнетрона. Движение электронов также осуществляется в этом направлении.
4. Проволочная петля. Она соединена с катодом, закреплена в резонаторе и выведена к антенне-излучателю. Петля служит для вывода сверхвысокочастотного излучения в волновод, после которого оно попадает прямо в камеру микроволновки.

Благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости магнетроны нашли применение во многих сферах, но наибольшее распространение они имеют:

• В СВЧ-печах. Помимо быстрого приготовления и размораживания пищи в бытовых печах, магнетроны позволяют также выполнять производственные задачи. Промышленная микроволновая печь может осуществлять нагрев, сушку, плавление, обжиг и многое другое. При этом важно помнить, что микроволновку нельзя включать пустой, поскольку в этом случае излучение не будет ничем поглощаться и вернется обратно на волновод, что может привести к его поломке.
• В радиолокации. Антенна радара, подключенная к волноводу, фактически является коническим облучателем и используется совместно с параболическим отражателем (тарелкой). Магнетрон вырабатывает мощные короткие импульсы энергии с малой длиной волны, часть которой, отражаясь, снова поступает на антенну и далее на чувствительный приемник, обрабатывающий сигнал и выводящий его на экран.

Магнетроны в радиолокации

Принцип работы магнетрона

Работа микроволновой печи основана на преобразовании электрической энергии в электромагнитное излучение сверхвысокой частоты, которое приводит в движение молекулы воды, находящиеся в пище. Дипольные молекулы, постоянно меняющие направление, вырабатывают тепло, которое и позволяет быстро нагреть продукты, при этом сохраняя их полезные свойства. Устройством, которое генерирует микроволны, является магнетрон.

Магнетрон, по сути, является электровакуумным диодом, в работе которого применяется явление термоэлектронной эмиссии. Данное явление возникает в процессе нагрева поверхности эмиттера или катода. Под действием высокой температуры наиболее активные электроны стремятся покинуть его поверхность, но это будет происходить только тогда, когда на анод подается напряжение. При этом возникает электрическое поле, и электроны начинают движение к аноду, направляясь вдоль его силовых линий. Если электроны оказываются в зоне действия магнитного поля, то их траектории отклоняются в сторону направления силовых линий.

Анод магнетрона имеет форму цилиндра с системой полостей, или резонаторов, внутри которого находится катод с нитью накаливания. Два кольцевых магнита, расположенных по краям анода, создают внутри анода магнитное поле, благодаря которому электроны не движутся напрямую от катода к аноду, а меняют свою траекторию, вращаясь вокруг катода. Вблизи резонаторов электроны отдают им часть своей энергии, что приводит к образованию в их полостях мощного сверхвысокочастотного поля, которое выводится наружу с помощью проволочной петли, подключенной к антенне-излучателю.

Чтобы привести в действие магнетрон, необходимо подать на анод высокое напряжение порядка 3-4 тысяч вольт. Поэтому подключение магнетрона к бытовой электросети осуществляется посредством высоковольтного трансформатора. Помимо этого схема включения микроволновой печи включает в себя волновод, передающий излучение внутрь камеры, цепь коммутации, блок управления, а также элементы защиты и охлаждения. Кроме того, внутренние стенки камеры и тонкая металлическая сетка на дверце устройства препятствуют выходу излучения за его пределы.

Схема включения магнетрона

Как магнетрон влияет на мощность СВЧ

Большинство современных производителей микроволновых печей предлагают возможность выбора мощности прибора. От этого параметра, в свою очередь, зависит режим работы (разморозка или нагрев) и скорость нагрева пищи. Однако конструктивные особенности магнетрона не позволяют уменьшить его мощность, поэтому для снижения интенсивности нагрева питание на него подается через определенные промежутки времени. Эти паузы в работе магнетрона можно заметить, если включить микроволновку на средней мощности и прислушаться к звуку ее работы.

Не так давно некоторые производители бытовой техники заявили о появлении ряда моделей микроволновых печей с инверторной схемой питания. Применение этой схемы позволило не только увеличить объем полезного пространства в камере за счет уменьшения габаритов излучателя, но и снизить энергопотребление устройства. В отличие от обычных моделей, температура нагрева в печах инверторного типа меняется плавно, однако их стоимость на порядок выше.

Охлаждение и защита магнетрона

Во время работы магнетрон выделяет большое количество тепла, поэтому на его корпус устанавливается радиатор. Поскольку перегрев является основной причиной выхода из строя магнетрона, то для его защиты применяются и другие методы:

1. Термореле. Данное устройство используется для защиты магнетрона, а также гриля, если он имеется в модели. Термопредохранитель оснащен биметаллической пластиной, которая может быть настроена под определенную температуру. При превышении этого значения она изгибается и размыкает цепь питания.
2. Вентилятор. Он не только обдувает прохладным воздухом радиатор магнетрона, но и выполняет ряд других полезных функций, таких как охлаждение электронных компонентов устройства, циркуляция воздуха внутри камеры во время работы гриля, а также отвод горячего пара наружу через специальные отверстия.
3. Система блокировки. Несколько микропереключателей контролируют положение дверцы микроволновки, не позволяя магнетрону включаться при ее открытом положении.

Можно ли заменить магнетрон

Главное преимущество современных магнетронов для бытовых микроволновых печей в их взаимозаменяемости. На различные модели микроволновок будут подходить магнетроны производства других фирм, поэтому при необходимости их можно менять. При этом единственным необходимым требованием будет соответствие по мощности. Купить магнетрон можно во многих магазинах электроники, однако чтобы сделать правильный выбор, необходимо разобраться в его параметрах и маркировке. Наиболее часто в микроволновках устанавливаются следующие модели магнетронов:

• 2М 213 (600 Вт номинальной мощности и 700 Вт под нагрузкой);
• 2М 214 (1000 Вт);
• 2М 246 (1150 Вт – наибольшая мощность).

Даже изучив все необходимые параметры этого устройства, производить замену магнетрона в домашних условиях не рекомендуется. Во-первых, снять его самостоятельно будет довольно тяжело, а во-вторых, обеспечить его безопасную работу после установки сможет только квалифицированный специалист.

Стандартная конфигурация магнетрона

Диагностика неисправностей и причины их появления

Замена магнетрона может потребовать довольно существенных финансовых затрат, поэтому прежде чем покупать новое устройство, необходимо произвести диагностику старого, чтобы убедиться, что оно действительно неисправно. Проверка может быть выполнена в домашних условиях с помощью обычного тестера. Для этого потребуется:

1. Отключить микроволновку от электросети.
2. Снять защитную крышку и провести визуальный осмотр детали.
3. «Прозвонить» основные элементы печатной платы при помощи тестера или «мультиметра».
4. Провести осмотр термореле.

По окончании диагностики можно сделать выводы о неисправности тех или иных деталей. К основным причинам выхода из строя магнетрона можно отнести следующие:

• Неисправность колпачка вакуумной трубки. Его можно заменить самостоятельно, просто подобрав аналогичный колпачок с другого магнетрона. Посадочные места таких колпачков имеют стандартную конфигурацию.
• Обрыв подогревателя. При включении пустой микроволновки или ее неправильной загрузке магнетрон будет перегреваться, что может привести к чрезмерному накаливанию нити и ее обрыву. Для ее диагностики необходимо измерить сопротивление между ножками конденсатора. Если его значение находится в пределах 5-7 Ом, то подогреватель исправен.
• Пробой проходного конденсатора. Если тестер не показывает «бесконечное» значение сопротивления между его контактами, то конденсатор необходимо заменить.

Ремонт микроволновой печи требует особых профессиональных знаний и навыков. Но обладая небольшими знаниями основ электротехники и радиотехники, умея пользоваться электромонтажным инструментом и вы сможете попробовать справится с этой проблемой, даже если вы строитель, музыкант или врач. Чтобы сделать ремонт своими руками, просто вспомните, чему вас учили в школе на уроках труда. При этом надо соблюдать правила электробезопасности: не делать коротких замыканий, соединяя провода, и не совать пальцы в розетку. Если вы в себе не уверены, то лучше обратиться в сервисный центр к специалистам.

Устройство

Перед тем, как разбираться в причинах поломки, для начала разберемся в конструкции микроволновой печи. Она очень проста и состоит из 4 базовых элементов:

• Магнетрон;
• Волновод;
• Обмотка трансформатора;
• Камера для подогрева пищи.

Именно этот набор элементов является двигателем микроволновки. И при ее неисправности искать причину следует в них.

Принцип работы

После подключения микроволновки в сеть на первую обмотку трансформатора поступает напряжение 220В. Автоматически напряжение передается к вторичной обмотке. Запускается система нагрева камеры. За счет того, что эти две обмотки изолированы друг от друга, обеспечивается безопасная работа СВЧ-печи.
Микроволновая печь позволяет нагревать пищу на высоких скоростях за счет использования удвоенного напряжения. В этой цепи основную роль играет конденсатор, к которому путем параллельного подключения присоединяется диод. Длительность и величину температурного режима помогает контролировать температурный датчик и обычный таймер.
Для безопасного использования в печь встроено реле защиты питания, функция которого – останавливать работу микроволновки при высоких перепадах напряжения в сети или при открытой дверце. Если все это описание кажется вам сложным, то не беспокойтесь: сейчас мы во всем разберемся.

Признаки поломки СВЧ-печи

Чаще всего внешними признаками выхода микроволновки из строя является появление искр, клубов дыма, прекращение вращения тарелки, отсутствие нагрева пищи, помещенной в печь. Или же микроволновая печь просто не включается. В этом случае включать ее в сеть опасно!
Существует три основные причины выхода электроприбора из строя:

• Перегорание предохранителей;
• Неисправность магнетрона;
• Прогорание слюдяной пластины.

При такого типа поломках вы сможете отремонтировать печь, если будете действовать строго по инструкции. Для начало рассмотрите функциональную схему СВЧ печи.

Берем функциональную схему т.к. по ней проще понять принцип работы СВЧ печи, она универсальная, независимо от марки печи, она более простая по сравнению с принципиальной схемой микроволновки.

А расположение элементов микроволновки видно по этому рисунку:

Перегорание предохранителя

Это самая распространенная причина поломки. В микроволновке стоит два предохранителя. Первый F1, так называемый сетевой предохранитель стоит на вводе сетевого напряжения 220 вольт в СВЧ печь. Вот он и может перегореть. В этом случае печь перестает включаться и никак не реагирует при нажатии на любые кнопки. Для начала необходимо СВЧ печь продиагностировать: снять крепежные винты с задней стороны и открыть защитную панель. Не забудьте, перед началом ремонтных работ, выдернуть вилку из розетки. Затем необходимо принудительно разрядить конденсатор фильтра. Для этого его выводы замыкаются (т.е. соединяются между собой) при помощи изолированного провода. Обязательно провод надо держать строго за изоляцию. После этого проверьте наличие напряжения на плате сетевого фильтра и проверьте исправность питающих проводов микроволновки.
Если в этой части неисправностей нет, следует провести осмотр диода в выпрямительной цепи блока питания. Чаще всего именно он является причиной перегорания предохранителя при данном типе поломки. Предохранитель в микроволновке следует проверить на обрыв визуально или с помощью омметра, в случае необходимости заменить его на исправный и проанализировать причины перегорания, во избежание повторения аналогичной ситуации, обратив внимания на различные потемнения радиоэлементов, которые свидетельствуют о неисправности в блоках микроволновки.
Второй предохранитель F2 стоит после высоковольтного трансформатора (transformer) в цепи магнетрона и называется высоковольтным. Он «спрятан» в пластиковый корпус в виде трубки и расположен рядом с трансформатором. Данный предохранитель выходит из строя из за выхода из строя высоковольтного диода или конденсатора. Лучше заменять предохранитель на новый заводского изготовления т.к. он откалиброван под нужный ток срабатывания. Ну и надо обязательно заменить деталь, приведшую к сгоранию предохранителя. Ниже смотрите видео о том как в крайнем случае можно самому отремонтировать высоковольтный предохранитель СВЧ печи:

Неисправность магнетрона

Если в печи подсветка работает, тарелка вращается, но пищу микроволновка не греет, то, скорее всего, причина неисправности — неисправность магнетрона. На вышеуказанной схеме магнетрон обозначен, как «magnetron».
Магнетрон – прибор, генерирующий микроволновые излучения. Именно поэтому в случае выхода из строя этой детали печь не греет.

Магнетрон расположен в небольшом прямоугольном металлическом корпусе. Для начала его нужно очистить, а затем произвести визуальный осмотр. Далее осмотрите сам магнетронный блок. А именно целостность проводов, соединяющих клемм и корпус. Часто причиной не работы магнетрона является выход из строя проходного конденсатора. Ниже смотрите видео, как своими руками отремонтировать магнетрон микроволновой печи:

После этого обязательно проверьте блок управления микроволновки. Опять же, обращайте внимание на обгоревшие, закопченные и грязные места. Именно эти детали необходимо будет заменить для дальнейшей работы микроволновки.

Прогорание слюдяной пластины

Верный признак поломки слюдяной пластины – искры, которые появляются, при ее включении. Причина – неправильная эксплуатация печи, то есть разогрев пищи с открытой крышкой. При таком варианте капли еды разбрызгиваются, попадая на пластину. В результате она намокает и прогорает.

Слюдяная пластина стоит недорого и приобрести ее можно в специализированных электромагазинах. Если вы нашли слюдяную пластину других размеров, то из нее можно изготовить пластину нужных размеров своими руками.

Если же найти замену этой детали не удастся, можно использовать прогоревшую пластину повторно. Для этого необходимо пластину извлечь и аккуратно очистить от загрязнений. Далее перевернуть ее поврежденной стороной вовнутрь и аккуратно установить на место. Такой вариант ремонта, конечно, сложно назвать идеальным, но он вполне сгодится до того момента, когда вы найдете замену испорченной детали. Как заменить слюдяную пластину смотрите видео:

Процесс замены деталей вы можете детально изучить из нашего видео. Специалисты подробно рассказывают методику поиска неисправности, как и в какой последовательности необходимо менять детали. Причем эти рекомендации подойдут как к микроволновой печи Самсунг, так и к СВЧ печам других фирм. Ведь конструкция и принцип работы у них практически не отличаются.

Если же вам не удалось устранить неисправность даже с помощью нашего видео, и печь по прежнему не греет, вы можете отремонтировать микроволновую печь у специалистов или же вовсе приобрести новую. Здесь все зависит уровня поломки и количества средств, которых вы готовы потратить.

Как устроена и работает СВЧ печь

БЛОК ПИТАНИЯ МАГНЕТРОНА

Блок питания магнетрона обеспечивает выработку питающих напряжений: Анодное напряжение Uа = 4000 вольт A = 300 мА. Напряжение накала U = 3,15 вольт А = 10 Ампер.

220 вольт через специальную схему управления подается на первичную обмотку силового трансформатора. Далее с помощью силового трансформатора (который выполняет также роль стабилизатора) напряжение подается на схему удвоения напряжения собранную на VD1, C1. Сопротивление R1 имеет номинал от 1 до 10 Мом и нужно для того чтобы обеспечивать разряд конденсатора С1 при выключенной печи. В импортных конденсаторах резистор монтируется внутри. Предохранительный диод VD2 (фьюз диод) служит для защиты трансформатора от перегрева в случае замыкания в магнетроне или чрезмерном повышении напряжения на конденсаторе С1. Работает на пробой как Р2М в телевизоре Фунай. При замыкание резко повышается ток во вторичных обмотках что ведёт к увеличению тока в первичных обмотках и перегорает предохранитель. Данным диодом можно пренебречь т.е. не устанавливать его, но в этом случае необходимо устанавливать предохранитель строго по номиналу. Бывали случаи, когда к нам поступали печи со снятым фьюз диодом и предохранителем из (гвоздя). После такого ремонта защиты не остается и бедный трансформатор похож на расплавленный сыр. Если замерить напряжение на катоде магнетрона оно будет ровно -4000 вольт (отрицательное), значит на аноде относительно катода напряжение будет ровно +4000 вольт.

МАГНЕТРОН

1. Металлический колпачок насажен на керамический изолятор 2. 3. Внешний кожух магнетрона 4. Фланец с отверстиями для крепления. 5 Кольцевые магниты служат для распределения магнитного поля. 6. Керамический цилиндр для изоляции антенны. 7. Радиатор служит для лучшего охлаждения. 8. Коробочка фильтра. 9. Узел соединения магнетрона с источником питания содержит переходные конденсаторы которые вместе в дросселями образуют СВЧ фильтр для защиты от проникновения СВЧ излучения из магнетрона. 10. Выводы питания.

Магнетрон это вакуумный диод, анод которого выполнен в виде медного цилиндра. Не буду вдаваться в подробности работы магнетрона скажу только, что рабочее напряжение анода магнетрона колеблется от 3800 до 4000 вольт. Мощность от 500 до 850 Ватт. Напряжение накала от 3,15 до 6,3 вольта. Магнетрон крепится непосредственно на волноводе. В тех печах где производитель располагает магнетрон с коротким волноводом можно наблюдать такой дефект как пробой слюдяной прокладки. Происходит это в результате с загрязнением прокладки. Сейчас цена слюдяной прокладки находится в пределах 40-50 рублей. Вырезать прокладку можно обыкновенными ножницами.

Дефекты магнетронов: 1.При пробое прокладки часто бывают случаи когда колпачок расплавляется. Можно заменить на колпачок с другого магнетрона. 2.Как любая лампа он может терять свою эмиссию, в результате чего значительно сокращается мощность энергии и увеличивается время приготовления. Можно увеличить продолжительность срока службы магнетрона добавив напряжения накала. Для этого необходимо домотать 0,5 виток накальной обмотки. (в некоторых случаях удается продлить срок службы до 3 лет) 4. Пробой переходных конденсаторов можно обнаружить с помощью тестера. Пробой происходит на корпус магнетрона. Лечится путем замены узла 9 (см рисунок).

При замене магнетрона необходимо строго соблюдать правила. 1. Диаметр антенны и крепеж должны точно совпадать с оригиналом. 2. Магнетрон должен плотно соприкасаться с волноводом. 3. Длина антенны должна точно соответствовать оригиналу. 4. Мощность магнетрона должна совпадать.

Цена магнетрона на радио-рынке от 47 до 70 долларов. Лучше покупать магнетроны на фирмах, где дадут возможность обменять его, если, например не подойдет посадочное место.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ДИОД

Представляет собой большое количество соединенных последовательно диодов в одном корпусе. Проверить тестером невозможно. Но есть один метод позволяющий с определенной точностью проверить диод. Если подключить его согласно данной схемы. Измерение проводится в двух направлениях, для чего диод необходимо перевернуть.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С МИКРОВОЛНОВЫМИ ПЕЧАМИ

1. Нельзя включать печь при открытой дверцей либо сеткой.

2. Нельзя делать отверстия в корпусе.

3. При замене магнетрона будьте особенно внимательны. Не оставляйте монтажного мусора в волноводе. Мусор приведет к волнению СВЧ волн в волноводе и в результате чего СВЧ печь будет излучать (как атомный реактор).

4. Всегда разряжайте емкость в цепях питания магнетрона куском изолированного провода (резистор иногда выходит из строя).

Простейшая схема для обнаружения СВЧ излучения.

Вся информация взята с сайта телемастер

В комментариях к статье вы можете задать вопросы по ремонту СВЧ печей. Формат вопроса должен быть следующим:

1. Наименование, модель, год выпуска
2. Что делали уже? Что проверяли? Приведите контрольные замеры и др. информацию.
3. Есть ли элементы с видимыми повреждениями?
4. Каким измерительным оборудованием вы располагаете.
5. И др. подробную информацию

Если эта информация отсутствует, ваш комментарий скорее всего не пройдет модерацию и будет удален.