微波爐磁控管工作原理

微波爐磁控管工作原理

磁控管的陽極諧振系統(tǒng)除能產(chǎn)生所需要的電磁振蕩外，還能產(chǎn)生不同特性的多種電磁振蕩。為使磁控管穩(wěn)定的工作在所需的模式上,常用"隔型帶"來隔離干擾模式.隔型帶把陽極翼片一個間隔一個地連接起來,以增加工作模式與相鄰干擾模式之間的頻率間隔。另外,由于經(jīng)能量交換后的電子還具有一定的能量,這些電子打上陽極使陽極溫度升高,陽極收集的電子越多(即電流越大),或電子的能量越大(能量轉(zhuǎn)換率越低),陽極溫度越高,因此,陽極需有良好的散熱能力.一般情況下功率管采用強迫風(fēng)冷,陽極帶有散熱片.大功率管則多用水冷,陽極上有冷卻水套。此種陰極加熱電流大，要求陰極引線要短而粗，連接部分要接觸良好。大功率管的陰極引線工作時溫度很高，常用強迫風(fēng)冷散熱。磁控管工作時陰極接負高壓，因此引線部分應(yīng)有良好的絕緣性能并能滿足真空密封的要求。為防止因電子回轟而使陽極過熱，磁控管工作穩(wěn)定后應(yīng)按規(guī)定降低陰極電流以延長使用壽命。

磁控管的陰極即電子的發(fā)射體,又是相互作用空間的一個組成部分。陰極的性能對管子的工作特性和壽命影響極大，被視為整個管子的心臟。陰極的種類很多，性能各異。連續(xù)波磁控管中常用直熱式陰極，它由鎢絲或純鎢絲繞成螺旋形狀，通電流加熱到規(guī)定溫度后就具有發(fā)射電子的能力。這種陰極具有加熱時間短和抗電子轟擊能力強等優(yōu)點，在連續(xù)波磁控管中得到廣泛的應(yīng)用。

磁控管正常工作時要求有很強的恒定磁場，其磁場感應(yīng)強度一般為數(shù)千高斯。工作頻率越高，所加磁場越強。磁控管的磁路系統(tǒng)就是產(chǎn)生恒定磁場的裝置。磁路系統(tǒng)分永磁和電磁兩大類。永磁系統(tǒng)一般用于小功率管，磁鋼與管芯牢固合為一體構(gòu)成所謂包裝式。大功率管多用電磁鐵產(chǎn)生磁場，管芯和電磁鐵配合使用，管芯內(nèi)有上、下極靴，以固定磁隙的距離。磁控管工作時，可以很方便的靠改變磁場強度的大小，來調(diào)整輸出功率和工作頻率。另外，還可以將陽極電流饋入電磁線包以提高管子工作的穩(wěn)定性。

磁控管的正確使用

磁控管是微波應(yīng)用設(shè)備的心臟，因此，磁控管的正確使用是維護微波設(shè)備正常工作的必要條件。磁控管在使用時應(yīng)注意以下幾個問題：

一、負載要匹配。

無論什么設(shè)備都要求磁控管的輸出負載盡可能做到匹配，也就是它的電壓駐波比應(yīng)盡可能的小。駐波大不僅反射功率大，使被處理物料實際得到的功率減少，而且會引起磁控管跳模和陰極過熱，嚴重時會損壞管子。跳模時，陽極電流忽然出現(xiàn)跌落。引起跳模的原因除管子本身模式分隔度小外，主要有以下幾個方面：（1）電源內(nèi)阻太大，空載高而激起非π模式。（2）負載嚴重失配，不利相位的反射減弱了高頻場與電子流的相互作用，而不能維持正常的π模振蕩。 （3）燈絲加熱不足，引起發(fā)射不足，或因管內(nèi)放氣使陰極中毒引起發(fā)射不足，不能提供π模振蕩所需的管子電流。為避免跳模的發(fā)生，要求電源內(nèi)阻不能過大，負載應(yīng)匹配，燈絲加熱電流應(yīng)符合說明書要求。

二、冷卻。

 冷卻是保證磁控管正常管工作的條件之一，大功率磁控管的陽極常用水冷，其陰極燈絲引出部分及輸出陶瓷窗同時進行強迫風(fēng)冷，有些電磁鐵也用風(fēng)冷或水冷。冷卻不良將使管子過熱而不能正常工作，嚴重時將燒壞管子。應(yīng)嚴禁在冷卻不足的條件下工作。

三、合理調(diào)整陰極加熱功率。

磁控管起振后，由于不利電子回轟陰極使陰極溫度升高而處于過熱狀態(tài)，陰極過熱將使材料蒸發(fā)加劇，壽命縮短，嚴重時將燒壞陰極。防止陰極過熱的辦法是按規(guī)定調(diào)整降低陰極加熱功率。

微波爐磁控管結(jié)構(gòu)

微波爐加熱、烹飪食物所需的微波能量是由核心元件——磁控管產(chǎn)生的。目前廣泛應(yīng)用于微波爐的是連續(xù)波強迫風(fēng)冷型磁控管，其基本結(jié)構(gòu)剖視如圖所示。由右圖
可見，磁控管是由陰極(燈絲)、陽極、環(huán)形磁鋼、耦合環(huán)、天線(即微波能量輸出器)、散熱器和燈絲插頭等組成。其中陽極呈圓筒狀，通常用銅材制成，筒中多個翼片將陽極分割成十幾個扇形空間，每個扇形空間就是一個陽極諧振腔，其諧振頻率即磁控管的工作頻率，一般為2450MHz左右。在陽極的外殼嵌套了一對環(huán)形永久磁鋼，磁鋼形成的磁場用于控制陽極腔內(nèi)的微波振蕩能量。陽極輸出的微波能量通過一根環(huán)狀金屬管(即耦合環(huán))傳送到天線，再由天線向爐內(nèi)發(fā)送微波能，對食物進行加熱。

微波爐磁控管的燈絲工作電壓一般為交流3．3V，電流10A左右；陽極(對陰極)電壓為直流4000V左右。磁控管通電工作時，燈絲被加熱，同時在陰極(燈絲)與陽極間形成高壓電場，在電場作用下，陰極向陽極發(fā)射電子，陽極接收到電子而產(chǎn)生陽極電流。電子在到達每個扇形陽極諧振腔時，按其諧振頻率振蕩，同時因環(huán)形磁鋼產(chǎn)生的恒定磁場垂直于高壓電場方向，在該磁場作用之下，電子沿著陰極、陽極間的圓周空間作擺輪曲線運動，形成一個積聚能量的旋轉(zhuǎn)電子云，并向陽極不斷輸送，從而在陽極上獲得穩(wěn)定的每秒振動頻率約為24．5億次的微波振蕩能量。微波能量的大小主要取決于陽極電壓的高低和磁場的強弱，由于環(huán)形磁鋼的磁場強度恒定，故而微波輸出功率主要與陽極電壓相關(guān)。但若磁鋼因故破裂或磁性明顯衰退，就會引起磁控管輸出功率減小，微波爐加熱效果變差，出現(xiàn)加熱慢、火力不足等故障，維修時一定要注意這方面的問題。 磁控管工作時的動態(tài)導(dǎo)通內(nèi)阻很小，陽極電壓的波動對微波輸出功率影響很大，這將明顯影響微波爐的加熱性能。為了避免因電源電壓波動而導(dǎo)致微波爐工作不穩(wěn)定，磁控管陽極電壓通常都由漏感變壓器組成的電源電路來提供，它可穩(wěn)定磁控管的陽極電流，使微波爐輸出功率保持穩(wěn)定。

磁控管的微波轉(zhuǎn)換效率為70％左右，工作時其余30％左右的功率變成了熱量，在管子上耗散，因功率大、溫升較高，所以微波爐中都設(shè)置了冷卻風(fēng)扇，對磁控管進行強迫風(fēng)冷散熱，以防止過熱損壞。