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微波炉磁控管工作原理及正确使用

时间:2018-02-05 13:17 来源:电工之家 手机版

微波炉磁控管工作原理及正确使用
 磁控管的阳极谐振系统除能产生所需要的电磁振荡外,还能产生不同特性的多种电磁振荡。为使磁控管稳定的工作在所需的模式上,常用"隔型带"来隔离干扰 模式.隔型带把阳极翼片一个间隔一个地连接起来,以增加工作模式与相邻干扰模式之间的频率间隔。另外,由于经能量交换后的电子还具有一定的能量,这些电子 打上阳极使阳极温度升高,阳极收集的电子越多(即电流越大),或电子的能量越大(能量转换率越低),阳极温度越高,因此,阳极需有良好的散热能力.

   一般情况下功率管采用强迫风冷,阳极带有散热片.大功率管则多用水冷,阳极上有冷却水套。此种阴极加热电流大,要求阴极引线要短而粗,连接部分要接触良 好。大功率管的阴极引线工作时温度很高,常用强迫风冷散热。磁控管工作时阴极接负高压,因此引线部分应有良好的绝缘性能并能满足真空密封的要求。为防止因 电子回轰而使阳极过热,磁控管工作稳定后应按规定降低阴极电流以延长使用寿命。

  磁控管的阴极即电子的发射体,又是相互作用空间的 一个组成部分。阴极的性能对管子的工作特性和寿命影响极大,被视为整个管子的心脏。阴极的种类很多,性能各异。连续波磁控管中常用直热式阴极,它由钨丝或 纯钨丝绕成螺旋形状,通电流加热到规定温度后就具有发射电子的能力。这种阴极具有加热时间短和抗电子轰击能力强等优点,在连续波磁控管中得到广泛的应用。

 磁控管正常工作时要求有很强的恒定磁场,其磁场感应强度一般为数千高斯。工作频率越高,所加磁场越强。磁控管的磁路系统就是产生恒定磁场的装置。磁路系 统分永磁和电磁两大类。永磁系统一般用于小功率管,磁钢与管芯牢固合为一体构成所谓包装式。大功率管多用电磁铁产生磁场,管芯和电磁铁配合使用,管芯内有 上、下极靴,以固定磁隙的距离。磁控管工作时,可以很方便的靠改变磁场强度的大小,来调整输出功率和工作频率。另外,还可以将阳极电流馈入电磁线包以提高 管子工作的稳定性。

  磁控管的正确使用

  磁控管是微波应用设备的心脏,因此,磁控管的正确使用是维护微波设备正常工作的必要条件。磁控管在使用时应注意以下几个问题:

  一、负载要匹配。

 无论什么设备都要求磁控管的输出负载尽可能做到匹配,也就是它的电压驻波比应尽可能的小。驻波大不仅反射功率大,使被处理物料实际得到的功率减少,而且 会引起磁控管跳模和阴极过热,严重时会损坏管子。跳模时,阳极电流忽然出现跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外,主要有以下几个方面:(1)电 源内阻太大,空载高而激起非π模式。(2)负载严重失配,不利相位的反射减弱了高频场与电子流的相互作用,而不能维持正常的π模振荡。(3)灯丝加热不 足,引起发射不足,或因管内放气使阴极中毒引起发射不足,不能提供π模振荡所需的管子电流。为避免跳模的发生,要求电源内阻不能过大,负载应匹配,灯丝加 热电流应符合说明书要求。

  二、冷却。

  冷却是保证磁控管正常管工作的条件之一,大功率磁控管的阳极常用水冷,其阴极灯丝引出部分及输出陶瓷窗同时进行强迫风冷,有些电磁铁也用风冷或水冷。冷却不良将使管子过热而不能正常工作,严重时将烧坏管子。应严禁在冷却不足的条件下工作。

  三、合理调整阴极加热功率。

  磁控管起振后,由于不利电子回轰阴极使阴极温度升高而处于过热状态,阴极过热将使材料蒸发加剧,寿命缩短,严重时将烧坏阴极。防止阴极过热的办法是按规定调整降低阴极加热功率。

  微波炉加热、烹饪食物所需的微波能量是由核心元件——磁控管产生的。目前广泛应用于微波炉的是连续波强迫风冷型磁控管,其基本结构剖视如图所示。由右图

 可见,磁控管是由阴极(灯丝)、阳极、环形磁钢、耦合环、天线(即微波能量输出器)、散热器和灯丝插头等组成。其中阳极呈圆筒状,通常用铜材制成,筒中 多个翼片将阳极分割成十几个扇形空间,每个扇形空间就是一个阳极谐振腔,其谐振频率即磁控管的工作频率,一般为2450MHz左右。在阳极的外壳嵌套了一 对环形永久磁钢,磁钢形成的磁场用于控制阳极腔内的微波振荡能量。阳极输出的微波能量通过一根环状金属管(即耦合环)传送到天线,再由天线向炉内发送微波 能,对食物进行加热。

  微波炉磁控管的灯丝工作电压一般为交流3.3V,电流10A左右;阳极(对阴极)电压为直流4000V左 右。磁控管通电工作时,灯丝被加热,同时在阴极(灯丝)与阳极间形成高压电场,(http://www.dgzj.com/ 电工之家)在电场作用下,阴极向阳极发射电子,阳极接收到电子而产生阳极电流。电子在 到达每个扇形阳极谐振腔时,按其谐振频率振荡,同时因环形磁钢产生的恒定磁场垂直于高压电场方向,在该磁场作用之下,电子沿着阴极、阳极间的圆周空间作摆 轮曲线运动,形成一个积聚能量的旋转电子云,并向阳极不断输送,从而在阳极上获得稳定的每秒振动频率约为24.5亿次的微波振荡能量。微波能量的大小主要 取决于阳极电压的高低和磁场的强弱,由于环形磁钢的磁场强度恒定,故而微波输出功率主要与阳极电压相关。但若磁钢因故破裂或磁性明显衰退,就会引起磁控管 输出功率减小,微波炉加热效果变差,出现加热慢、火力不足等故障,维修时一定要注意这方面的问题。磁控管工作时的动态导通内阻很小,阳极电压的波动对微波 输出功率影响很大,这将明显影响微波炉的加热性能。为了避免因电源电压波动而导致微波炉工作不稳定,磁控管阳极电压通常都由漏感变压器组成的电源电路来提 供,它可稳定磁控管的阳极电流,使微波炉输出功率保持稳定。

  磁控管的微波转换效率为70%左右,工作时其余30%左右的功率变成了热量,在管子上耗散,因功率大、温升较高,所以微波炉中都设置了冷却风扇,对磁控管进行强迫风冷散热,以防止过热损坏。