1

PRODUCEREA ENERGIEI MICROUNDELOR. CONSTRUCIA,

FUNCIONAREA I PROTECIA MAGNETRONULUI; TIPURI

CONSTRUCTIVE.

Funcionarea componentelor adiionale ale cuptorului clasic cu microunde

este descris n figura 15.1. Elementul de baz al cuptorului este generatorul de

microunde, care de obicei este un magnetron sau un klystron.

Figura 15.1. Prile principale ale unei instalaii de nclzire cu microunde

Vom trece n revist principiile de funcionare ale generatorului de

microunde, analiza fiind focalizat pe aspectele relevante privind utilizarea

acestuia ntr-un circuit de nclzire cu microunde, cum ar fi alimentarea cu

putere i metodele de protecie.

Unele materiale industriale sunt sensibile cnd sunt nclzite, neputnd fi

uscate la presiunea atmosferic. tiind c valoarea temperaturii de fierbere este

micorat sub presiune, aceste materiale pot fi procesate ntr-o atmosfer parial

vidat. Microundele pot mri considerabil puterea de procesare a materialelor n

cazul incintei vidate, iar principiile i utilizarea acestei aplicaii au o importan

deosebit. Pentru a determina condiiile fr de care acest proces nu poate opera,

analiza procesrii cu vid este precedat de analiza fenomenului de descrcare n

gaz la frecven nalt, punndu-se accent pe mecanismul de descrcare sub

presiune, unde pierderile de sarcin predominante sunt n pereii vaselor.

Parametrul critic utilizat n procesarea sub vid cu microunde este intensitatea

2

cmpului electric generat n aplicator, care trebuie s fie mult mai mic dect cel

cerut la descrcarea n gaz pentru aceleai condiii date, acest lucru realizndu-se

alocnd o valoare de siguran adecvat.

Se tie c succesul procesrii la frecven nalt n aplicaiile industriale este

asigurat de utilizarea unei metode mixte, combinnd-o cu alte forme de energie

convenional cum ar fi aerul cald, vaporii etc. i de asemenea cu alte metode

electrice cum ar fi razele infraroii, tehnica pomprii de cldur etc. Principiile

acestor scheme vor fi trasate mpreun cu sistemele hibride simple, iar

principiile sistemelor automatizate vor fi prezentate pe scurt.

15.2. Sursele de putere cu microunde

Multe echipamente industriale de nclzire care utilizeaz energia

microundelor au o putere mare de energie caloric, unele instalaii avnd peste

100kW, ceea ce necesit ca randamentul generatorului s fie mare, pentru a evita

pierderile de energie. Mai mult, puterea generat trebuie s aib frecvena stabil

i fr neliniariti, pentru a respecta regulile internaionale privind alocarea

frecvenelor. La aceste condiii mai trebuie adugat i factorul economic. Aceti

parametri conduc n mod firesc la alegerea magnetronului ca generator, datorit

capacitii acestuia de producere a unei cantiti mari de putere, a randamentului

su, a stabilitii frecvenei i a costului relativ sczut. Alte generatoare cu

microunde sunt, n mod firesc, prea scumpe i complexe pentru echiparea

instalaiilor industriale, cu excepia klystronului care, ca i amplificator

direcional, are o stabilitate a frecvenei excelent. Klystronul este utilizat n

practic dac lrgimea benzii de frecven alocate este mai mic de 2% din

lungimea de und, dar costurile suplimentare aferente vor face ca aceast

instalaie s nu fie rentabil din punct de vedere economic. n concluzie,

generatoarele solide nu au nc motive suficiente pentru a fi luate n considerare

de ctre proiectanii de echipamente industriale de nclzire.

Deoarece majoritatea cuptoarelor industriale de procesare cu microunde

folosesc magnetronul ca surs de putere vom descrie construcia i

performanele sale. Pentru nceput, vom face o scurt descriere calitativ a

klystronului.

3

15.2.1. Klystronul

Klystronul amplific semnalele de microunde folosind un fascicul electronic

ca mediu amplificator. Principalele sale caracteristici sunt prezentate schematic

n figura 15.2. Semnalul de microunde de joas putere este injectat ntr-o

cavitate rezonant, numit captator, prin care trece un fascicul de electroni de

energie ridicat cu viteza u. Captatorul este astfel proiectat nct s produc un

cmp electric alternativ, care interacioneaz cu fascicolul care intr i

accelereaz (u>u) sau decelereaz (u

4

o a doua cavitate este plasat aproximativ la distana z, fasciculul modulat va

induce un cmp electric n jurul reelei a crei polaritate are rolul de a ncetini

fasciculul de electroni, extrgnd astfel puterea din acesta. Altfel spus, energia

n curent alternativ a fasciculului de electroni a fost transformat n energie de

microunde la frecvena semnalului indus.

Pentru a optimiza randamentul puterii i deci eficiena klystronului, acesta

este construit astfel nct s aib mai mult de dou caviti (Maloney i Fallion,

1974). n practic, klystroanele genereaz puteri foarte mari (peste 100kW)

funcionnd n banda S(2450 MHz) i n banda X (la aproximativ 10GHz) (Pohl,

1968).

Figura 15.4. Structura magnetronului cu opt caviti

15.2.2. Magnetronul

Din punct de vedere constructiv, magnetronul este o incint electronic

vidat constnd dintr-un anod de cupru sub forma unei structuri rezonante, iar n

centrul acesteia fiind plasat catodul ce emite electroni, dup cum se arat n

figura 15.4.

Vom analiza mai nti anodul, care are un set de palete aezate radial,

formnd canale ntre ele, care au o adncime de aproximativ g i astfel devin

rezonante la frecvena de operare a microundelor. Canalele sunt cuplate mutual

prin cmpul dispersiv la capetele deschise, toat structura formnd un circuit

rezonant. n modul de operare-numit modul , sarcinile electrice din paletele

adiacente au polariti opuse. Pornind de la momentul zero, s presupunem c

5

paleta numrul 1 este ncrcat pozitiv i paleta numrul 2 este ncrcat

negativ. Dup o jumtate de ciclu, paleta numrul 2 va fi ncrcat pozitiv,

urmtoarea palet, numrul 3, va fi ncrcat negativ i aa mai departe. Putem

considera c sarcina pozitiv se rotete n sensul acelor de ceasornic n jurul

anodului. Raionamente identice ne conduc la o rotaie trigonometric a sarcinii,

ceea ce este de asemenea adevrat i, prin urmare, magnetronul poate fi

comparat cu un motor asincron monofazat, avnd o pereche de cmpuri

magnetice ce se rotesc n sens invers unul fa de cellalt. Este evident c, n

timpul funcionrii, micarea sarcinilor electrice de pe paletele anodului

magnetronului poate fi descris printr-o pereche de sarcini sau cmpuri ce se

rotesc n sens invers unul fa de cellalt.

Figura 15.5. Interaciunea dintre norul de electroni i cmpul cavitii induse

Cmpul magnetic

B perpendicular pe plan

ntr-o a doua etap, vom examina micarea electronilor emii de catod.

Anodul este alimentat cu un potenial pozitiv n curent alternativ relativ ridicat

ctre catod i, sub aciunea sa, electronii sunt atrai radial de la catod spre anod.

Este generat i un cmp magnetic, cu linii paralele la axa anodului i

perpendiculare pe direcia electronilor, care introduce o for ce determin

electronii s realizeze o deplasare cvasi-circular (eliptic) n jurul catodului.

Prin urmare, direcia i viteza actual a electronilor sunt determinate de ctre

intensitatea cmpului electric i magnetic n spaiul dintre anod i catod, iar

viteza de rotaie pe care o dezvolt n jurul catodului este unul din factorii de

6

care trebuie s se in cont n proiectare. Datorit cmpului magnetic aplicat,

norul de electroni, dup cum se vede n figura 15.5, se rotete sincron cu cmpul

indus de structura anodic: mrind tensiunea, acetia se vor roti mai repede, dar

vor fi decelerai de cmpul de microunde, transformnd o parte din energia lor

cinetic n energia aplicat ntre anod i catod, deoarece aceasta este sursa de

micare a electronilor. Din moment ce toate cavitile din circuitul anodului sunt

strns unite, puterea poate fi extras printr-un orificiu plasat ntr-o singur

cavitate, dup cum se arat n figura 15.4. Pentru aplicaii n care se utilizeaz

puteri medii sau mari este introdus un cablu coaxial n acest orificiu.

Cele mai importante caracteristici ale magnetronului sunt:

a) puterea de ieire crete odat cu creterea tensiunii aplicate, deoarece

astfel avem un numr mai mare de electroni atrai ctre anod, crescnd curentul

anodic;

b) puterea de ieire crete odat cu descreterea cmpului magnetic. Acest

efect superficial apare ntruct la un cmp magnetic ridicat electronii sunt

constrni din ce n ce mai mult s-i realizeze micarea mai aproape de catod,

puini dintre ei ajungnd la anod. Datorit acestui fenomen, curentul anodic

poate fi oprit prin mrirea intensitii cmpului magnetic. Reducnd intensitatea

cmpului magnetic, micarea electronilor se realizeaz din ce n ce mai departe

de catod, iar cnd cei mai ndeprtai electroni ating anodul apare curentul

anodic. La magnetroanele de putere mare, controlul puterii de ieire este adesea

realizat prin reglarea mai degrab a cmpului magnetic dect a tensiunii

aplicate;

c) cldura este disipat pe anod deoarece electronii ajung la el cu o vitez

dat i energia lor cinetic asociat este transformat n cldur. Aceast cldur

reprezint principalul factor de scdere a randamentului magnetronului. Anodul

trebuie rcit cu aer sau lichid pentru a i se limita temperatura;

d) pentru a emite electroni, catodul este nclzit printr-un dispozitiv electric

auxiliar i, de obicei, este necesar s treac un timp astfel nct catodul s ating

temperatura de funcionare naintea aplicrii tensiunii ultranalte anod-catod. n

timpul funcionrii magnetronului, unii electroni nu reuesc s ajung la anod i

se ntorc la catod, efect cunoscut sub numele de bombardament invers.

Energia lor cinetic este disipat sub form de cldur pe catod i pentru a evita

creterea excesiv a temperaturii este necesar s micorm puterea dispozitivului

auxiliar al catodului la o valoare proporional cu numrul acestor electroni. n

unele magnetroane, curentul de nclzire a catodului este redus liniar prin

7

mrirea curentului anodic n unul, doi sau trei pai. n cazul magnetroanelor de

putere mic, dispozitivul auxiliar este deconectat la aplicarea tensiunii

ultranalte.

15.2.3. Caracteristicile de funcionare a magnetronului

O trstur particular a magnetronului este forma caracteristicii curent

tensiune a anodului. Un exemplu de acest fel este prezentat n figura 15.6.,

cunoscut sub numele de diagrama lui Ricke. Crescnd tensiunea anodic de

la zero la o valoare dat a cmpului magnetic, avem un curent foarte mic pn

cnd este atins o tensiune specific (numit tensiunea modului ), cnd

electronii cei mai ndeprtai ating anodul. Apoi curentul anodic crete rapid,

atingnd valoarea maxim prin creterea tensiunii cu doar 3-8%. Este esenial ca

sursa de alimentare s fie stabilizat pentru a preveni schimbri inacceptabile ale

puterii de ieire a magnetronului din cauza fluctuaiei tensiunii.

Trebuie precizat faptul c modificarea cmpului magnetic genereaz o

aceeai caracteristic curent-tensiune, exceptnd tensiunea modului , creterea

cmpului magnetic conducnd la o cretere proporional a tensiunii modului .

Aceast trstur face posibil controlul magnetronului prin modificarea

cmpului magnetic aplicat, tehnic folosit la magnetroanele de putere mare

dotate cu electromagnei, deoarece este necesar o surs de putere reglabil de

valoare mic pentru a alimenta electromagnetul. Magnetroanele de putere mic

au, de obicei, magnei permaneni i sunt controlate numai prin reglarea

tensiunii anodice.

Figura 15.6. Caracteristica performanelor standard

ale unui magnetron

8

Impedana sarcinii conectate la ieire modific performana magnetronului

pentru ambele frecvene, de generare i ieire i, prin urmare, se modific i

caracteristica curent-tensiune a anodului. Dei acest efect este relativ

nesemnificativ, poate fi important n timpul funcionrii. Considernd impedana

sarcinii n punctul de conectare cu magnetronul, componenta reactiv produce o

modificare mic a frecvenei de ieire pentru c aceasta este inductan sau

capacitatea adiional la structura rezonant anodic, n timp ce componenta

rezistiv afecteaz puterea de ieire. Aceast caracteristic este descris pe

diagrama Ricke, prezentat n figura 15.7., n care contururile frecvenei i

puterii de ieire sunt trasate pe o diagram circular de impedane sau admitane,

punct n care este reprezentat impedana sarcinii. Fenomenele prin care datorit

variaiei frecvenei i puterii apare variaia parametrilor sarcinii se numesc

frecven de sincronizare, respectiv putere de sincronizare. n mod normal,

frecvena de sincronizare nu depete 0,2% din frecvena nominal, iar

puterea de sincronizare 15% din puterea de ieire nominal, valorile nominale

reprezentnd funcionarea sarcinii adaptate. n practic, impedana sarcinii din

aplicator poate varia pe o scar larg n timpul funcionrii, iar pentru a

minimaliza variaia performanelor, un ventilator din ferit este introdus ntre

magnetron i sarcin cu scopul de a devia puterea reflectat departe de

magnetron. Aceast structur protejeaz generatorul n cazul funcionrii

necorespunztoare i asigur magnetronului o impedan de adaptare bun, ceea

ce duce la prelungirea vieii magnetronului.

Figura 15.7. Diagrama Ricke

9

15.2.4. Modurile magnetronului

Cea mai important caracteristic ce determin eficiena funcionrii

magnetronului este modul n care cmpul indus este plasat n spaiul dintre anod

i catod. Datorit construciei magnetronului, apar multe distribuii posibile de

cmp, numite moduri, majoritatea fiind foarte apropiate n frecven. Modul

descris anterior se numete modul pentru c ne d o diferen de faz de 180

ntre dou caviti adiacente. Sunt posibile i alte diferene de faz, condiia de

baz fiind ca lungimea traiectoriei electronilor n jurul anodului s fie 2n

radiani. Cel mai eficient dintre aceste moduri este modul- i, pentru a asigura

funcionarea n cadrul su, se conecteaz segmente anodice alternative cu

ajutorul unei cleme, ceea ce suprim celelalte moduri. Modurile rezonante

nedorite la frecvene eronate, cnd randamentul magnetronului este foarte mic i

nclzirea intern este excesiv, pot duce la deteriorarea sa. Modurile se

datoreaz emisiei insuficiente de electroni de la catod, precum i unei impedane

neadaptate n circuitul extern, putnd fi observate la puterile de ieire mici i

frecvenele de operare incorecte. Magnetroanele moderne sunt astfel construite

nct s elimine aceste dezavantaje.

15.2.5. Alimentarea magnetronului

n practic exist diferite sisteme de alimentare cu tensiune nalt a

magnetroanelor, oferind o tensiune stabil. Aceste sisteme trebuie s furnizeze

un curent anodic constant, independent de fluctuaia tensiunii sau de variaia

impedanei sarcinii.

Figura 15.8. Schema de principiu a unui regulator de putere pentru un magnetron uzual,

folosind comanda prin motorul electric al unui transformator variabil cu un curent anodic de

reacie

10

Pentru magnetroanele cu cmp magnetic constant (cu magnet permanent),

unitatea de alimentare trebuie prevzut cu o tensiune ultranalt reglabil pentru

a avea un curent anodic constant. Vom prezenta n continuare cteva metode de

controlare a tensiunii ultranalte, analiznd avantajele i dezavantajele acestora.

15.2.5.1. Transformatorul reglabil

Regulatorul de tensiune comandat printr-un motor electric este supravegheat

printr-un circuit electronic ce msoar curentul anodic, asigurnd valoarea

optim de funcionare (figura 15.8.). Dezavantajele majore al acestei metode

sunt rspunsul lent i costul ridicat, iar avantajul este dat de soliditatea mecanic

a sistemului. n practic, aceast metod se utilizeaz foarte rar.

15.2.5.2. Comanda cu ajutorul tiristorului

Tiristorul este utilizat pentru a controla transformatorul ce furnizeaz

tensiune ultranalt, ca n figura 15.9. Valoarea curentului anodic este asigurat

prin compararea cu tensiunea de pe R', care este proporional cu curentul

anodic.

Acest sistem este capabil de o stabilitate bun pe termen lung i are un timp

de rspuns relativ rapid, limitat de aprinderea tiristorului. Din pcate, acest

circuit poate produce vrfuri instantanee de curent anodic, care pot depi

valoarea limit admisibil, genernd arcuri electrice. Pentru a minimiza acest

efect, transformatorul de tensiune ultranalt este construit astfel nct s aib o

reactan cu pierderi mari (30-40%).

Figura 15.9. Schema de principiu a unui regulator de tensiune a unui magnetron uzual,

utiliznd comanda cu ajutorul tiristorului a tensiunii ultranalte aplicate prin intermediul

curentului anodic de reacie

11

Figura 15.10. Schema de principiu a unei surse de putere stabilizate rezonante a unui

magnetron, folosind o bobin de reactan saturabil

15.2.5.3. Comanda prin intermediul bobinei de reactan saturabile

Comanda prin intermediul bobinei de reactan saturabile este utilizat pentru

controlul alimentrii magnetroanelor de putere mic prin inserarea unui inductor

neliniar n serie cu transformatorul de tensiune ultranalt (figura 15.10.). La

rezonan, impedana efectiv are valoare minim. Valoarea inductanei scade

odat cu creterea tensiunii datorat creterii curentului anodic, rezultnd

creterea frecvenei de rezonan i a impedanei circuitului. Prin aceast metod

putem obine o stabilitate excelent a curentului anodic, astfel nct la o variaie

de 10% a tensiunii de intrare avem o variaie mai mic de 1% a curentului

anodic. Majoritatea cuptoarelor casnice i industriale de dimensiuni mici

utilizeaz aceast metod datorit costului sczut, simplitii circuitului i

siguranei. Ca dezavantaj, putem meniona faptul c modificarea tensiunii

circuitului se poate realiza prin modificarea racordurilor transformatorului i

astfel avem o fluctuaie a frecvenei.

15.2.5.4. Comanda prin intermediul unui rezistor cuplat n serie

O metod simpl i ieftin care asigur o stabilitate acceptabil cnd avem o

sarcin cu impedan dinamic mic poate fi obinut prin introducerea unui

rezistor n serie cu acesta, a crui valoare este astfel aleas nct s duc la

scderea la jumtate a tensiunii de alimentare. Prin urmare avem o stabilizare a

magnetronului care va determina o variaie a puterii de aproximativ 2% pentru o

variaie a tensiunii de alimentare de 1%, care este o variaie acceptabil.

Dezavantajul acestei metode este o reducerea drastic a randamentului

instalaiei. n multe aplicaii industriale este necesar s apelm i la o nclzire

convenional cuplat la cuptorul cu microunde, ceea ce poate fi realizat prin

12

utilizarea puterii disipate de rezistor prin introducerea unui ventilator n

apropierea rezistorului, aerul cald produs contribuind la uscarea materialului

procesat. De exemplu pentru un magnetron de 1 kW ce are un randament de

60%, rezistorul cuplat furnizeaz o putere de 3kW de aer cald, sistemul fiind

foarte util n cazul cuptoarelor mici.

15.2.5.5. Comanda prin intermediul unui cmp magnetic variabil

Pentru generatoarele de putere mare, considerate cu ranadamente ridicate,

distorsionarea undelor electromagnetice i factorii de putere fac imposibil

utilizarea oricrei metode prezentate mai sus deoarece avem nevoie de o

alimentare trifazat. Comanda prin intermediul cmpului magnetic ar fi una

dintre opiuni. Cmpul magnetic este un parametru ce variaz foarte uor prin

comanda curentului de la anod, o variaie a curentului electromagnetului de 1%

dnd o variaie de 10% a curentului anodic. Figurile (15.11) i (15.12) ne

prezint 2 scheme, prima nseriind cmpul, iar a doua utilizeaz comanda direct

a curentului magnetului printr-un circuit de reglare automat, unde curentul

anodic fiind modificat fr a ine cont de anumite valori prestabilite.

Metoda cmpului n serie este n principiu o metod simpl i atractiv, dar

realizarea practic a sistemului determin un cost apropiat de costul celui de-al

doilea sistem, care n general este mai des utilizat. Metoda cmpului nseriat are

dou dezavantaje. n primul rnd, este necesar o alimentare auxiliar a

magnetului, pentru a asigura un cmp magnetic la pornirea circuitului, iar n al

doilea rnd, pot fi induse tensiuni foarte mari n jurul nfurrii

electromagnetului n condiii de funcionare necorespunztoare, necesitnd

scderea supratensiunii i o proiectare atent a circuitului pentru a proteja

materialele semiconductoare.

Sistemul de excitare separat a cmpului nu este afectat de aceste

dezavantaje. Pentru un magnetron de 30kW, comanda n putere poate fi realizat

de la zero la puterea maxim printr-o alimentare cu un electromagnet de numai

300W. Se obine astfel un ctig al buclei de curent de 30dB, dnd o stabilitate a

puterii de ieire de aproximativ 3%, pentru o variaie a tensiunii de alimentare de

1-7%.

De obicei, sistemul de comand cu bucl nchis modific valoarea

curentului de la anodul magnetronului care este utilizat n circuit astfel nct s

asigure o tensiune apropiat de valoarea tensiunii de alimentare necesare

13

funcionrii normale. Urmrind carateristicile metodelor prezentate anterior,

determinm o diferen ntre ele n ceea ce privete amplificarea i comanda

curentului magnetului magnetronului. Curentul anodic este astfel reglat nct s

avem o proporie constant ntre acesta i o valoare de referin ce corespunde

valorii de ieire a generatorului.

Figura 15.11. Comanda curentului anodic al unui magnetron

prin excitri repetate cu un electromagnet

Figura 15.12. Reprezentarea detaliat a sistemului de comand a curentului anodic al unui

magnetron prin excitri repetate cu un electromagnet

Vf tensiunea de excitaie, egal cu '

faRI

Vref tensiunea de referin

Aceast metod simpl de comand a puterii presupune ca puterea de ieire

(i puterea disipat n sarcina de lucru) s pstreze o proporie constant fa de

curentul anodic, ceea ce este doar n parte adevrat, dar este satisfctor n

majoritatea aplicaiilor. Aceast afirmaie i are punctul de plecare n variaia

randamentului magnetronului fa de impedana sarcinii (dup cum se indic n

diagrama Rieke) i de asemenea n reducerea puterii disipate n sarcina de lucru

datorit puterii reflectate. Cnd este necesar o comand mai precis a puterii

disipate, este posibil comandarea puterii prin msurarea puterii primite i

14

reflectate de ctre sarcina de lucru, a diferenei dintre puterea procesat i cea

disipat i compararea acestor parametri cu valorile de referin ale curentului

anodic respectiv. ntruct pentru msurarea exact a puterii absorbite i

reflectate este nevoie de un echipament complex i costisitor, aceast metod

este rar folosit.

15.2.6. Sistemele de protecie a magnetronului

Dei de dimensiuni mici, magnetronul genereaz o cantitate mare de putere,

avnd un randament ridicat i o densitate mare a puterii disipate. Prin urmare,

este necesar utilizarea rcirii cu aer sau lichid pentru a evita obinerea unor

valori ridicate ale puterii reflectate, precum i a unor sisteme automate de mare

vitez pentru a asigura protecia magnetronului n cazul funcionrii

necorespunztoare.

n continuare, vom prezenta cteva dispozitive de protecie ale generatorului

cu microunde.

15.2.6.1. Rcirea cu ap

n acest caz, avem de-a face cu un circuit nchis format dintr-o pomp i un

rezervor de alimentare, buna funcionare a acestuia fiind controlat de un

ntreruptor cu flotor pentru pomp, care indic volumul apei din rezervor, i un

termostat prevzut cu o alarm care se declaneaz cnd temperatura apei

depete o anumit valoare.

15.2.6.2. Rcirea cu aer

Dispozitivul este realizat dintr-un ntreruptor cuplat la un ventilator ce

genereaz un flux de aer utilizat la rcirea magnetronului.

15.2.6.3. Senzorul de temperatur cuplat la anod

Dispozitivul const dintr-un termostat aflat n contact termic direct cu

anodul, care se cupleaz la apariia unei temperaturi foarte mari. Termostatul are

n componen o siguran fuzibil i o band realizat din dou metale.

Mecanismul de blocare are un rspuns lent, trebuind introdus o a doua linie de

15

protecie pentru cazul n care primul sistem se defecteaz; exist cazuri cnd

apar creteri brute i foarte mari ale temperaturii interne a magnetronului,

ducnd la deteriorarea acestuia nainte ca sistemele de protecie s intre n

aciune.

15.2.6.4. Mecanismul de decuplare a alimentrii anodului la apariia unui

supracurent

Acest sistem utilizeaz un releu de curent care ntrerupe alimentarea

magnetronului n cazul n care curentul anodic depete o valoare dat. Apariia

supracurentului se datoreaz:

a) unui arc electric produs n interiorul magnetronului din cauza dispariiei

vidului;

b) neadaptrii corespunztoare a sarcinii la frecvena de lucru;

c) apariiei unei supratensiuni tranzitorii;

d) scurt-circuitrii tensiunii ultranalte.

15.2.6.5. Mecanismul de deconectare prin inversare de curent

Acesta const dintr-un sistem cu microunde utilizat pentru detectarea puterii

reflectate, care are ca scop limitarea puterii de ieire astfel nct puterea

reflectat s nu depeasc o limit prestabilit, prin pornirea i oprirea

funcionrii magnetronului (prin comanda tensiunii ultranalte sau printr-un

tiristor) ntr-un interval de timp dat. Se spune c acest sistem funcioneaz n

impulsuri pn cnd impedana de sarcin ajunge la o valoare normal,

dezavantajul constnd n faptul c disiparea intern medie din magnetron n

timpul decuplrii este foarte sczut.

15.2.7. Protecia prin intermediul unui ventilator

Sistemele descrise n paragrafele precedente ofer o protecie pentru sursele

mari de putere prin msurarea puterii respinse de sarcina procesat. Protecia

complet a sursei care genereaz puterea reflectat se realizeaz n aplicaiile ce

utilizeaz puteri mari, unde puteri apreciabile sunt generate n cavitile

rezonante monomod prezentate n capitolul 13. Aceasta poate fi obinut

16

conectnd un dispozitiv de microunde din ferite, numit agitator de cuplare, ntre

sursa de alimentare i aplicatorul rezonant, dup cum se arat n figura15.1.

(Helszajn,1975). De asemenea, sunt cunoscute i alte tipuri de dispozitive de

microunde din ferite care ar putea oferi o protecie similar fa de puterea

reflectat cum ar fi, de exemplu, un dispozitiv rotativ Faraday. ns din motive

legate de costul i simplitatea proiectrii, cel mai potrivit dispozitiv de protecie

n aplicatoarele cu microunde utilizate la nclzirea de mare putere este

agitatorul de cuplare.

Agitatorul de cuplare este un ghid de und cu trei orificii situate n acelai

plan i cu un material din ferit introdus n sau n jurul centrului cuplorului. Un

cmp magnetic polarizat este aplicat printr-un magnet permanent, direcia

acestui cmp polarizat fiind perpendicular pe planul cuplorului. Analiznd

figura 15.1., putem spune c puterea aplicat la poarta 1 este generat cu pierderi

neglijabile spre poarta 2, n timp ce puterea reflectat incident n poarta 2 va fi

respins spre poarta 3. Aciunea agitatorului poate fi optimizat n stadiul de

proiectare prin alegerea atent a unor parametri, cum ar fi mrimea materialului

din ferit, compoziia acestuia, cmpul magnetic polarizat, valoarea centrului de

cuplare, etc. Protecia mpotriva unei puteri reflectate mari poate fi realizat

conectnd un volum de ap adaptat la poarta 3, acest ansamblu formnd un

izolator sau un agitator-izolator. Deplasarea apei prin poarta 3 se realizeaz n

jurul centrului de cuplare pentru a rci elementul din ferit. Izolatorul trebuie

conectat n interiorul carcasei generatorului de microunde, dup cum se arat n

figura 15.1.

Astfel de dispozitive de cuplare au fost proiectate s funcioneze la frecvena

de 2450MHz, fiind capabile s suporte 6kW n scurt-circuit, pentru orice faz

conectat la poarta 2. Izolaia depete valoarea de 27dB pentru orice lrgime

de band de 50MHz, cnd factorul de pierderi ale materialului inserat este de

aproximativ 0.1dB. Dispozitive similare au fost construite la 896MHz i

915MHz n WG4, acestea fiind capabile s suporte o putere de 30kW, cu un

factor de pierderi ale materialului inserat de 0.1dB. Astfel de dispozitive din

ferite au un rol major n protejarea surselor de microunde ce alimenteaz

aplicatoarele rezonante monomod, fiind recomandat introducerea lor n

aplicatoarele de putere mare pentru a asigura o protecie continu a sursei,

prelungind astfel viaa magnetronului sau a klystronului.