Le principe de fonctionnement et le circuit d'inclusion du magnétron du four à micro-ondes

Un four à micro-ondes s'est solidement établi et est devenu l'un des attributs indispensables de tout appartement. Cet appareil électroménager vous permet de chauffer ou de cuire des aliments en quelques minutes à l'aide d'un rayonnement invisible à l'œil.

Mais pour savoir d'où vient ce rayonnement et à quel point il est sûr pour l'homme, il est nécessaire de comprendre le dispositif et le principe de fonctionnement d'un magnétron hyperfréquence, qui est un générateur d'ondes haute fréquence.

Magnétron

Que sont les micro-ondes et comment chauffent-ils les aliments

Le rayonnement micro-ondes est appelé rayonnement électromagnétique avec une longueur d'onde de 1 mm à 1 m. Ce type de rayonnement est utilisé non seulement à des fins domestiques, mais aussi dans les systèmes de navigation et de radar, et en plus, il fournit des communications cellulaires et la télévision par satellite.

Les micro-ondes peuvent être générées artificiellement et naturellement (par exemple, sur le Soleil). Un autre nom pour les micro-ondes est le rayonnement micro-ondes ou micro-ondes.

Tous les types de fours à micro-ondes domestiques ont une seule fréquence de rayonnement de 2450 MHz. Cette valeur est une norme internationale que les fabricants d'appareils électroménagers doivent respecter strictement afin que leurs produits n'interfèrent pas avec le fonctionnement d'autres appareils à micro-ondes.

Rayonnement micro-ondes

L'effet thermique du rayonnement micro-ondes a été découvert par le physicien américain Percy Spencer en 1942. C'est lui qui a breveté l'utilisation d'un appareil qui génère des micro-ondes pour la cuisson, jetant ainsi les bases de l'utilisation des fours à micro-ondes dans la vie quotidienne.

Au cours des prochaines décennies, cette technologie a été perfectionnée, ce qui a permis d'établir une production de masse d'appareils simples et peu coûteux pour réchauffement alimentaire.

Afin de chauffer n'importe quel matériau dans un four à micro-ondes, la présence de molécules dipolaires, c'est-à-dire des molécules ayant des charges électriques opposées aux deux extrémités, est nécessaire.

Dans les aliments, leur principale source est l'eau. Sous l'influence du rayonnement micro-ondes, ces molécules commencent à s'aligner le long des lignes de force du champ électromagnétique, changeant leur direction environ 5 milliards de fois par seconde. La friction entre eux s'accompagne d'un dégagement de chaleur, qui chauffe les aliments.

Cependant, les micro-ondes ne peuvent pas pénétrer à plus de 2-3 cm de la surface du produit, donc tout ce qui se trouve sous cette couche se réchauffe en raison de la conductivité thermique des zones chauffées.

Chauffage micro-ondes

Dispositif Magnetron et son application

Dans la plupart des types de technologie micro-ondes, un magnétron est un générateur de fréquences micro-ondes. Les dispositifs qui sont similaires dans leur principe d'action - les klystrons et les platinotrons, ne sont pas si largement utilisés. Le magnétron a été utilisé pour la première fois dans des fours à micro-ondes en 1960. La technique la plus couramment utilisée est un magnétron multi-cavité, composé de plusieurs composants:

1. Anode. Il s'agit d'un cylindre en cuivre, divisé en secteurs à parois métalliques épaisses. Ces cavités volumétriques sont les résonateurs créant le système d'oscillation en anneau. Une tension d'environ 4000 volts est appliquée à l'anode.
2. Cathode. Il est situé dans la partie centrale du magnétron et est un cylindre, à l'intérieur duquel se trouve un filament incandescent.Une émission d'électrons se produit dans cette partie de l'appareil. Une tension de 3 volts est appliquée au réchauffeur (filament).
3. Aimants annulaires. Des électroaimants ou aimants permanents de forte puissance situés dans les parties terminales de l'appareil sont nécessaires pour créer un champ magnétique dirigé parallèlement à l'axe du magnétron. Le mouvement des électrons s'effectue également dans cette direction.
4. Boucle de fil Il est connecté à la cathode, fixé dans le résonateur et émis vers l'émetteur d'antenne. La boucle est utilisée pour émettre un rayonnement micro-ondes dans le guide d'onde, après quoi il entre directement dans la chambre micro-ondes.

Dispositif magnétron

En raison de la simplicité de conception et du faible coût, les magnétrons ont trouvé une application dans de nombreux domaines, mais ils sont les plus courants:

• Dans des fours à micro-ondes. En plus de la cuisson rapide et de la décongélation des aliments dans les fours domestiques, les magnétrons vous permettent également d'effectuer des tâches de production. Un four à micro-ondes industriel peut chauffer, sécher, fondre, rôtir, etc. Il est important de se rappeler que le micro-ondes ne peut pas être allumé à vide, car dans ce cas, le rayonnement ne sera pas absorbé par quoi que ce soit et reviendra au guide d'ondes, ce qui peut entraîner sa panne.
• Au radar. L'antenne radar connectée au guide d'onde est en fait une alimentation conique et est utilisée en conjonction avec un réflecteur parabolique (plaque). Le magnétron génère de puissantes impulsions d'énergie courtes avec une petite longueur d'onde, dont une partie, réfléchie, va à nouveau à l'antenne, puis au récepteur sensible, qui traite le signal et l'affiche à l'écran.

Magnétrons dans le radar

Le principe de fonctionnement du magnétron

Le fonctionnement du four à micro-ondes est basé sur la conversion de l'énergie électrique en rayonnement électromagnétique à ultra-haute fréquence, qui entraîne les molécules d'eau dans les aliments. Les molécules dipolaires, en constante évolution, produisent de la chaleur, ce qui permet de chauffer rapidement les produits, tout en conservant leurs propriétés bénéfiques. Un appareil qui génère des micro-ondes est un magnétron.

Le magnétron, en effet, est une diode électro-vide, au fonctionnement de laquelle s'applique le phénomène d'émission thermo-ionique. Ce phénomène se produit lors du chauffage de la surface de l'émetteur ou de la cathode. Sous l'action d'une température élevée, les électrons les plus actifs ont tendance à quitter sa surface, mais cela ne se produira que lorsqu'une tension sera appliquée à l'anode. Dans ce cas, un champ électrique apparaît et les électrons commencent à se déplacer vers l'anode, se déplaçant le long de ses lignes de force. Si les électrons sont dans le champ magnétique, alors leurs trajectoires s'écartent dans la direction des lignes de force.

Diode à vide

L'anode magnétron a la forme d'un cylindre avec un système de cavités, ou résonateurs, à l'intérieur duquel se trouve une cathode à filament. Deux aimants annulaires situés le long des bords de l'anode créent un champ magnétique à l'intérieur de l'anode, grâce auquel les électrons ne se déplacent pas directement de la cathode à l'anode, mais changent de chemin, tournant autour de la cathode. Près des résonateurs, les électrons leur donnent une partie de leur énergie, ce qui conduit à la formation d'un puissant champ micro-ondes dans leurs cavités, qui est amené à travers une boucle de fil reliée à l'antenne de l'émetteur.

Pour actionner le magnétron, il est nécessaire d'appliquer une haute tension de l'ordre de 3-4 mille volts à l'anode. Par conséquent, le magnétron est connecté à une alimentation électrique domestique via un transformateur haute tension. De plus, le circuit de commutation du four à micro-ondes comprend un guide d'onde qui transmet le rayonnement dans la chambre, un circuit de commutation, une unité de commande, ainsi que des éléments de protection et de refroidissement. De plus, les parois internes de la chambre et un maillage métallique fin sur la porte de l'appareil empêchent la sortie de rayonnement au-delà.

Circuit de commutation magnétron

Comment un magnétron affecte la puissance des micro-ondes

La plupart des fabricants modernes de fours à micro-ondes offrent la possibilité de choisir la puissance de l'appareil. À son tour, le mode de fonctionnement (décongélation ou chauffage) et la vitesse de chauffage des aliments dépendent de ce paramètre. Cependant, les caractéristiques de conception du magnétron ne permettent pas de réduire sa puissance.Par conséquent, pour réduire l'intensité du chauffage, de l'énergie lui est fournie à certains intervalles. Ces pauses dans le fonctionnement du magnétron sont visibles si vous allumez le micro-ondes à puissance moyenne et écoutez le son de son travail.

Il n'y a pas si longtemps, certains fabricants d'appareils électroménagers ont annoncé l'apparition de plusieurs modèles de fours à micro-ondes avec un circuit d'alimentation à onduleur. L'application de ce schéma a permis non seulement d'augmenter la quantité d'espace utilisable dans la chambre en réduisant les dimensions de l'émetteur, mais aussi de réduire la consommation électrique de l'appareil. Contrairement aux modèles conventionnels, la température de chauffage dans les fours de type onduleur change en douceur, mais leur coût est d'un ordre de grandeur plus élevé.

Refroidissement et protection magnétron

Pendant le fonctionnement, le magnétron émet une grande quantité de chaleur, donc un radiateur est installé sur son corps. La surchauffe étant la principale cause de la défaillance du magnétron, d'autres méthodes sont également utilisées pour le protéger:

1. Relais thermique. Cet appareil est utilisé pour protéger le magnétron, ainsi que le gril, si disponible dans le modèle. Le fusible thermique est équipé d'une plaque bimétallique, qui peut être ajustée à une température spécifique. Si cette valeur est dépassée, elle se plie et ouvre le circuit de puissance.
2. Ventilateur. Il souffle non seulement le radiateur magnétron avec de l'air frais, mais remplit également un certain nombre d'autres fonctions utiles, telles que le refroidissement des composants électroniques de l'appareil, la circulation de l'air à l'intérieur de la chambre pendant que le gril fonctionne et l'élimination de la vapeur chaude par des ouvertures spéciales.
3. Système de verrouillage. Plusieurs micro-interrupteurs contrôlent la position de la porte micro-ondes, empêchant le magnétron de s'allumer lorsqu'il est ouvert.

Relais thermique

Est-il possible de remplacer le magnétron

Le principal avantage des magnétrons modernes pour les fours à micro-ondes domestiques est leur interchangeabilité. Les magnétrons produits par d'autres sociétés conviendront à divers modèles de fours à micro-ondes, ils peuvent donc être changés si nécessaire. Dans ce cas, la seule exigence nécessaire sera la conformité de l'alimentation. Vous pouvez acheter un magnétron dans de nombreux magasins d'électronique, mais pour faire le bon choix, vous devez comprendre ses paramètres et son étiquetage. Le plus souvent, les modèles magnétron suivants sont installés dans les micro-ondes:

• 2M 213 (600 watts de puissance nominale et 700 watts sous charge);
• 2M 214 (1 000 W);
• 2M 246 (1150 W - la puissance la plus élevée).

Même après avoir étudié tous les paramètres nécessaires de cet appareil, il n'est pas recommandé de remplacer le magnétron à la maison. Premièrement, il sera assez difficile de le retirer vous-même, et deuxièmement, seul un spécialiste qualifié peut garantir son fonctionnement en toute sécurité après l'installation.

Configuration magnétron standard

Diagnostic des dysfonctionnements et les raisons de leur apparition

Le remplacement d'un magnétron peut nécessiter des coûts financiers assez importants, donc avant d'acheter un nouvel appareil, vous devez diagnostiquer l'ancien pour vous assurer qu'il fonctionne vraiment mal. La vérification peut être effectuée à domicile à l'aide d'un testeur conventionnel. Cela nécessitera:

1. Débranchez le micro-ondes.
2. Retirez le couvercle de protection et inspectez visuellement la pièce.
3. «Faites sonner» les principaux éléments du circuit imprimé à l'aide d'un testeur ou d'un «multimètre».
4. Inspectez le relais thermique.

Diagnostique

À la fin du diagnostic, vous pouvez tirer des conclusions sur le dysfonctionnement de certaines parties. Les principales raisons de la défaillance du magnétron sont les suivantes:

• Capuchon d'aspirateur défectueux.Vous pouvez le remplacer vous-même en prenant simplement un capuchon similaire dans un autre magnétron. Les sièges de ces bouchons ont une configuration standard.
• Rupture du chauffage. À allumer le micro-ondes vide ou une charge incorrecte du magnétron surchauffera, ce qui peut entraîner un filament excessif et une rupture. Pour son diagnostic, il est nécessaire de mesurer la résistance entre les jambes du condensateur. Si sa valeur se situe dans la plage de 5 à 7 ohms, le chauffage fonctionne.
• Panne du condensateur de passage. Si le testeur n'affiche pas de valeur de résistance «infinie» entre ses contacts, le condensateur doit être remplacé.