El principio de funcionamiento y el circuito de inclusión del magnetrón del horno microondas.

Un horno de microondas se ha establecido firmemente y se ha convertido en uno de los atributos indispensables de cualquier apartamento. Este electrodoméstico le permite calentar o cocinar alimentos en cuestión de minutos con la ayuda de radiación invisible para los ojos.

Pero para saber de dónde proviene esta radiación y qué tan segura es para los humanos, es necesario comprender el dispositivo y el principio de funcionamiento del magnetrón de microondas, que es el generador de ondas de alta frecuencia.

Magnetrón

¿Qué son las microondas y cómo calientan los alimentos?

La radiación de microondas se llama radiación electromagnética con una longitud de onda de 1 mm a 1 m. Este tipo de radiación se usa no solo para fines domésticos, sino también en sistemas de navegación y radar, y además, proporciona comunicaciones celulares y televisión por satélite.

Las microondas se pueden generar de forma artificial y natural (por ejemplo, en el Sol). Otro nombre para microondas es radiación de microondas, o microondas.

Todos los tipos de hornos de microondas domésticos tienen una frecuencia de radiación única de 2450 MHz. Este valor es un estándar internacional que los fabricantes de electrodomésticos deben cumplir estrictamente para que sus productos no interfieran con el funcionamiento de otros dispositivos de microondas.

Radiación de microondas

El efecto térmico de la radiación de microondas fue descubierto por el físico estadounidense Percy Spencer en 1942. Fue él quien patentó el uso de un dispositivo que genera microondas para cocinar, sentando así las bases para el uso de hornos de microondas en la vida cotidiana.

En las siguientes décadas, esta tecnología se perfeccionó, lo que permitió establecer una producción en masa de dispositivos simples y económicos para un rápido calentamiento de alimentos.

Para calentar cualquier material en un horno microondas, es necesaria la presencia de moléculas dipolares, es decir, moléculas que tienen cargas eléctricas opuestas en ambos extremos.

En los alimentos, su fuente principal es el agua. Bajo la influencia de la radiación de microondas, estas moléculas comienzan a alinearse a lo largo de las líneas de fuerza del campo electromagnético, cambiando su dirección aproximadamente 5 mil millones de veces por segundo. La fricción entre ellos se acompaña de la liberación de calor, que calienta la comida.

Sin embargo, las microondas no pueden penetrar a más de 2-3 cm de la superficie del producto, por lo que todo lo que se encuentra debajo de esta capa se calienta debido a la conductividad térmica de las áreas calentadas.

Calentamiento por microondas

Dispositivo Magnetron y su aplicación

En la mayoría de los tipos de tecnología de microondas, un magnetrón es un generador de frecuencias de microondas. Los dispositivos que son similares en su principio de acción: klystrons y platinumotrons, no son tan ampliamente utilizados. El magnetrón se utilizó por primera vez en hornos microondas en 1960. La técnica más utilizada es un magnetrón de múltiples cavidades, que consta de varios componentes:

1. Ánodo. Es un cilindro de cobre, dividido en sectores con gruesas paredes de metal. Estas cavidades volumétricas son los resonadores que crean el sistema de oscilación en anillo. Se aplica un voltaje de aproximadamente 4000 voltios al ánodo.
2. Cátodo. Está ubicado en la parte central del magnetrón y es un cilindro, dentro del cual hay un filamento incandescente.La emisión de electrones ocurre en esta parte del dispositivo. Se aplica un voltaje de 3 voltios al calentador (filamento).
3. Anillo de imanes. Los electroimanes o imanes permanentes de alta potencia ubicados en las partes finales del dispositivo son necesarios para crear un campo magnético dirigido en paralelo al eje del magnetrón. El movimiento de electrones también se lleva a cabo en esta dirección.
4. Lazo de alambre Está conectado al cátodo, fijado en el resonador y enviado al emisor de la antena. El bucle se usa para emitir radiación de microondas a la guía de ondas, luego de lo cual ingresa directamente a la cámara de microondas.

Dispositivo Magnetron

Debido a la simplicidad de la construcción y al bajo costo, los magnetrones han encontrado aplicación en muchos campos, pero son los más comunes:

• En hornos microondas. Además de cocinar rápidamente y descongelar alimentos en hornos domésticos, los magnetrones también le permiten realizar tareas de producción. Un horno de microondas industrial puede calentar, secar, derretir, asar y más. Es importante recordar que el microondas no se puede encender vacío, porque en este caso la radiación no será absorbida por nada y volverá a la guía de ondas, lo que puede provocar su descomposición.
• En radar La antena de radar conectada a la guía de onda es en realidad un irradiador cónico y se usa junto con un reflector parabólico (placa). El magnetrón genera poderosos pulsos de energía cortos con una pequeña longitud de onda, parte de la cual, reflejada, vuelve a la antena y luego al receptor sensible, que procesa la señal y la muestra en la pantalla.

Magnetrones en radar

El principio de funcionamiento del magnetrón.

El funcionamiento del horno microondas se basa en la conversión de energía eléctrica en radiación electromagnética de frecuencia ultraalta, que impulsa las moléculas de agua en los alimentos. Las moléculas dipolo, que cambian constantemente de dirección, producen calor, lo que le permite calentar rápidamente los productos, manteniendo sus propiedades beneficiosas. El dispositivo que genera microondas es un magnetrón.

El magnetrón, de hecho, es un diodo de electrovacío, en cuya operación se aplica el fenómeno de la emisión termiónica. Este fenómeno ocurre durante el calentamiento de la superficie del emisor o cátodo. Bajo la acción de altas temperaturas, los electrones más activos tienden a abandonar su superficie, pero esto solo sucederá cuando se aplique voltaje al ánodo. En este caso, surge un campo eléctrico y los electrones comienzan a moverse hacia el ánodo, siguiendo sus líneas de fuerza. Si los electrones están en el campo magnético, entonces sus trayectorias se desvían en la dirección de las líneas de fuerza.

Diodo de vacío

El ánodo de magnetrón tiene la forma de un cilindro con un sistema de cavidades, o resonadores, dentro del cual hay un cátodo con un filamento. Dos imanes de anillo ubicados a lo largo de los bordes del ánodo crean un campo magnético dentro del ánodo, debido al cual los electrones no se mueven directamente del cátodo al ánodo, sino que cambian su trayectoria, girando alrededor del cátodo. Cerca de los resonadores, los electrones les dan parte de su energía, lo que conduce a la formación de un potente campo de microondas en sus cavidades, que se saca mediante un bucle de cable conectado a la antena del emisor.

Para accionar el magnetrón, es necesario aplicar un alto voltaje del orden de 3-4 mil voltios al ánodo. Por lo tanto, el magnetrón está conectado a una fuente de alimentación doméstica a través de un transformador de alto voltaje. Además, el circuito de conmutación del horno de microondas incluye una guía de ondas que transmite radiación a la cámara, un circuito de conmutación, una unidad de control, así como elementos de protección y enfriamiento. Además, las paredes internas de la cámara y una malla metálica delgada en la puerta del dispositivo evitan la salida de radiación más allá.

Circuito de conmutación de magnetrón

Cómo un magnetrón afecta la potencia de microondas

La mayoría de los fabricantes modernos de hornos de microondas ofrecen la opción de elegir la potencia del dispositivo. A su vez, el modo de funcionamiento (descongelación o calentamiento) y la velocidad de calentamiento de los alimentos dependen de este parámetro. Sin embargo, las características de diseño del magnetrón no permiten reducir su potencia, por lo tanto, para reducir la intensidad del calentamiento, se le suministra energía a ciertos intervalos. Estas pausas en el funcionamiento del magnetrón se pueden ver si enciende el microondas a potencia media y escucha el sonido de su trabajo.

No hace mucho tiempo, algunos fabricantes de electrodomésticos anunciaron la aparición de varios modelos de hornos de microondas con un circuito de fuente de alimentación invertida. La aplicación de este esquema permitió no solo aumentar la cantidad de espacio utilizable en la cámara al reducir las dimensiones del emisor, sino también reducir el consumo de energía del dispositivo. A diferencia de los modelos convencionales, la temperatura de calentamiento en hornos de tipo inversor cambia suavemente, pero su costo es un orden de magnitud más alto.

Refrigeración y protección de magnetrón

Durante el funcionamiento, el magnetrón emite una gran cantidad de calor, por lo que se instala un radiador en su cuerpo. Dado que el sobrecalentamiento es la razón principal de la falla del magnetrón, también se utilizan otros métodos para protegerlo:

1. Relé térmico. Este dispositivo se utiliza para proteger el magnetrón, así como la parrilla, si está disponible en el modelo. El fusible térmico está equipado con una placa bimetálica, que se puede ajustar a una temperatura específica. Si se excede este valor, se dobla y abre el circuito de alimentación.
2. Ventilador. No solo sopla el radiador de magnetrón con aire frío, sino que también realiza otras funciones útiles, como enfriar los componentes electrónicos del dispositivo, hacer circular el aire dentro de la cámara mientras la parrilla está funcionando y también eliminar el vapor caliente a través de aberturas especiales.
3. Sistema de bloqueo. Varios microinterruptores controlan la posición de la puerta del microondas, evitando que el magnetrón se encienda cuando está abierto.

Relé térmico

¿Es posible reemplazar el magnetrón?

La principal ventaja de los magnetrones modernos para hornos de microondas domésticos es su intercambiabilidad. Los magnetrones producidos por otras compañías serán adecuados para varios modelos de hornos de microondas, por lo que puede cambiarlos si es necesario. En este caso, el único requisito necesario será el cumplimiento de la potencia. Puede comprar un magnetrón en muchas tiendas de electrónica, sin embargo, para tomar la decisión correcta, debe comprender sus parámetros y etiquetado. Muy a menudo, los siguientes modelos de magnetrón se instalan en microondas:

• 2M 213 (600 vatios de potencia nominal y 700 vatios bajo carga);
• 2M 214 (1000 W);
• 2M 246 (1150 W - la potencia más alta).

Incluso después de haber estudiado todos los parámetros necesarios de este dispositivo, no se recomienda reemplazar el magnetrón en casa. En primer lugar, será bastante difícil eliminarlo usted mismo y, en segundo lugar, solo un especialista calificado puede garantizar su funcionamiento seguro después de la instalación.

Configuración estándar de magnetrón

Diagnóstico de mal funcionamiento y los motivos de su aparición.

Reemplazar un magnetrón puede requerir costos financieros bastante sustanciales, por lo que antes de comprar un nuevo dispositivo, debe diagnosticar el antiguo para asegurarse de que realmente no funciona correctamente. La verificación se puede realizar en casa usando un probador convencional. Esto requerirá:

1. Desenchufe el microondas.
2. Retire la cubierta protectora e inspeccione visualmente la pieza.
3. "Anillo" los elementos principales de la placa de circuito impreso con un probador o "multímetro".
4. Inspeccione el relé térmico.

Diagnósticos

Al final del diagnóstico, puede sacar conclusiones sobre el mal funcionamiento de ciertas partes. Las principales razones del fallo del magnetrón incluyen las siguientes:

• Tapa de vacío defectuosa.Puede reemplazarlo usted mismo simplemente recogiendo una tapa similar de otro magnetrón. Los asientos de estas gorras tienen una configuración estándar.
• Rotura del calentador. A encender el microondas vacío o una carga inadecuada del magnetrón se sobrecalentará, lo que puede provocar filamentos excesivos y roturas. Para su diagnóstico, es necesario medir la resistencia entre las patas del condensador. Si su valor está en el rango de 5-7 ohmios, entonces el calentador está funcionando.
• Desglose del condensador de paso. Si el probador no muestra un valor de resistencia "infinito" entre sus contactos, entonces el capacitor debe ser reemplazado.