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微波爐的工作原理
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概述
微波能量是由微波發生器產生的,微波發生器包括微波管和微波管電源兩個部分。其中微波管電源(簡稱電源或微波源)的作用是把常用的交流電能變成直流電能,為微波管的工作創造條件。微波管是微波發生器的核心,它將直流電能轉變成微波能。
微波管有微波晶體管和微波電子管兩大類。微波晶體管輸出功率較小,一般用于測量和通訊等領域。微波電子管種類很多,常用的有磁控管、速調管、行波管等。它們的工作原理不同、結構不同、性能各異,在雷達、導航、通訊、電子對抗和加熱,科學研究等方面都得到廣泛的應用。由于磁控管的結構簡單、效率高、工作電壓低、電源簡單和適應負載變化的能力強,因而特別適用于微波加熱和微波能的其他應用。磁控管由于工作狀態的不同可分為脈沖磁控管和連續波磁控管兩類。微波加熱設備主要工作于連續波狀態,所以多用連續波磁控管。
磁控管是一種用來產生微波能的電真空器件。實質上是一個置于恒定磁場中的二極管。管內電子在相互垂直的恒定磁場和恒定電場的控制下,與高頻電磁場發生相互作用,把從恒定電場中獲得能量轉變成微波能量,從而達到產生微波能的目的。
磁控管種類很多,這里主要介紹多腔連續波磁控管。
磁控管由管芯和磁鋼(或電磁鐵)組成。管芯的結構包括陽極、陰極、能量輸出器和磁路系統等四部分。管子內部保持高真空狀態。下面分別介紹各部分的結構及其作用。
1 陽極
陽極是磁控管的主要組成之一,它與陰極一起構成電子與高頻電磁場相互作用的空間。在恒定磁場和恒定電場的作用下,電子在此空間內完成能量轉換的任務。磁控管的陽極除與普通的二極管的陽極一樣收集電子外,還對高頻電磁場的振蕩頻率起著決定性的作用。
陽極由導電良好的金屬材料(如無氧銅)制成,并設有多個諧振腔,諧振腔的數目必須是偶數,管子的工作頻率越高腔數越多。陽極諧振腔的型式常為孔槽形、扇形和槽扇型,陽極上的每一個小諧振腔相當于一個并聯的2C振蕩回路。以槽扇型腔為例,可以認為腔的槽部分主要構成振蕩回路的電容,而其扇形部分主要構成振蕩回路的電感。由微波技術理論可知,諧振腔的諧振頻率與腔體的幾何尺寸成反比。腔體越大其工作頻率越低。于是,我們可以根據腔體的尺寸來估計它的工作頻段。磁控管的陽極由許多諧振腔耦合在一起,形成一個復雜的諧振系統。這個系統的諧振腔頻率主要決定于每個小諧振腔的諧振頻率,我們也可以根據小諧振腔的大小來估計磁控管的工作頻段。
磁控管的陽極諧振系統除能產生所需要的電磁振蕩外,還能產生不同特性的多種電磁振蕩。為使磁控管穩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。
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