合理的控制设备、正确的使用磁控管及辅助元件对于微波设备的正常顺利运行及延长电子管使用寿命从而降低微波设备的运行成本有着重要的意义。各种设备因不同的设计目的而有各自的使用要求,但它们也具有以下几个共同的特点。
如电源一般使用三相380V交流电;开机前要接好地线,并检查所用电源相地线是否正确;确保冷却及人身安全;开机前检查各旋钮应在起始位置等。其内容如下:
1、负载匹配
电子管式磁控管输出的负载不论用何种形式的设备都要尽可能作到匹配,也就是它的驻波比应尽可能小。驻波比大不但意味着功率反射的损失,使加工物料实际得到的功率减少,而且会引起磁控管阴极过热,严重时甚至将阴极烧毁。从负载反射回来的功率还使波导内驻波比增大,而驻波比越大,波导内高频场强也越强,严重时将会出现波导被打火击穿的现象,或导致磁控管及速调管的输出窗被烧毁。
对连续波磁控管而言,它能承受较大的负载失配,但最大负载失配不应超过使用说明书中所规定的最大值,否则由于大量高频能量反射回磁控管,使管子的高频幅值大大下降,电子群聚焦变差,回轰电子增加,造成阳极温度升高,在严重失配情况下,磁控管还会停振。所以,谐振腔的驻波比很大从许多方面来说都是很不利的,它能造成输出功率的减少。当负载驻波比无法降低时,为了保障电子管的安全使用,应该采用环形器、隔离器或降低其运行功率。
以915MHz、30KW的条件为例:当驻波比小于1:1时,可以在满功率30KW下运行;当驻波比为2.5时就应降低阳极电流,使之在20~25KW下运行;当驻波比为3时,功率应降低到20KW以下运行。
2、设备在启动过程中的控制
2.1磁控管的工作区
磁控管能否稳定工作与操作人员的熟练程度关系很大。
CK——611型磁控管典型工作区:
灯丝电流(预热)
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115A
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115A
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115A
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灯丝电流(工作)
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100A
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98
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96
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阳极电压(KV)
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12.5
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12.5
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12.5
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阳极电流(A)
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2.0
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2.4
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2.8
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输出功率(KW)
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20
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20
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20
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负载电压驻波比
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<3.2
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<2.5
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<3.2
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2.2阴极预热和正确控制灯丝电源
阴极预热(时间)是指在灯丝电压加到正常工作值之后,直到阴极达到正常的电子发射所持续的一段时间,一般为3~5min。规定预热时间是为了保证阴极达到管子正常工作的温度,使管子工作正常。在使用说明书里规定了阴极的最短预热时间。如果环境温度比较低,应适当延长预热时间。
阴极的作用是提供电子管正常工作所需要的电子,为此要将阴极加热到一定的温度。为了能在较低的温度发射足够的电子,往往在阴极材料中加入少量的活性物质,而这些物质在工作温度下将逐渐蒸发,温度越高,消耗得越快。温度过低则又引起阴极发射不足而使电子管不能维持工作。为了使磁控管能有足够的寿命,在电子管使用说明书上规定了灯丝电压。由于磁控管中有这样一些电子,从阴极一出发不是把能量交给高频场,而是从高频能量场作用回到阴极时速度仍大于零,即剩余从高频场获得的那部分动能。因此,出现了电子撞击阴极得了额外的热量的情况。这就是为什么在磁控管工作时要适当降低灯丝电压甚至将灯丝电源关掉的原因。回轰阴极的功率与磁控管输入功率及输出回路的负载驻波大小有关。在输出回路负载失配的情况下,过大的回轰会使阴极过热以致缩短了管子的工作寿命,甚至可能将阴极烧毁。同一只磁控管工作于不同的功率时,要根据管子使用说明书上给出的规范加不同的灯丝电压。操作中,在磁控管加上高压以后,要降低灯丝电压,(有时甚至全部切断灯丝电源)。降低多少,各个磁控管有具体规定。如果降低太少,会引起阴极过热而影响管子的寿命;降低太多又将使阴极欠热而引起电子发射不足,造成工作不稳定、跳模或打火等现象,同样影响管子的寿命;因此,灯丝电压的调节,对管子的寿命影响很大。磁控管在进行不同的工作时应有不同的灯丝电压,而预热的电压则相同。速调管在接通灯丝经预热后即可加上直流电压,不必再调节灯丝电压。
电阻与温度有关,灯丝在不工作时的电阻低于其工作发热时的电阻十余倍,这是因为在启动时的瞬态过程中,灯丝的冷态电阻为热电阻的1/10以下。例如:见表
状态
型号
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冷态电阻
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热态电阻
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CK-611
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0.01Ω
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0.1Ω
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CK-619
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0.027Ω
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0.23Ω
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所以,在接通灯丝的瞬间将会产生很大的冲击电流。冲击电流过高,灯丝与引出杆连接处会因过热而熔断。另外,灯丝电流所产生的磁场与管子工作磁场所产生的磁力,可能使脆弱的灯丝受力而损坏。与普通白炽灯不同,白炽灯的钨丝很细,质量小,因此,其热容量很小,所以通电后能迅速达到温度的平衡。而在微波电子管中,阴极一般都有相当大的热容量,灯丝是在电流较大的情况下达到工作温度,并需要一定的预热时间。这时,如果不采取适当的措施,则往往会使灯丝烧断。为了防止灯丝在接通起始时超过规定的电流,可以在灯丝电流的输入处设置零点开关,使得只有当调压器到零位时才有灯丝电流,然后再将其缓慢地加到额定值。在改造组装设备时,最好采用专门设计的专门变压器以限制其瞬时的冲击电流,或在灯丝电源中串接一定数值的电阻来限制瞬时电流。最大允许的瞬时值在磁控管的说明书中有说明,其数值一般为额定工作电流的2~3倍,预热时间及最大瞬时电流值下,电子管可以承受几千次以至上万次接通与断开。
3、设备运行中磁控管工作应注意的问题
在使用磁控管的过程中,虽然按规定要求调整灯丝电压,使之维持在正常工作温度,但下列因素仍然会影响管子的工作状态,甚至会损坏管子。
3.1非模工作
磁控管一般被设计在π模工作,这是因为这种情况下所需阳极电压最低,高频场对电子的相位聚焦好,管子的效率高。但一旦磁控管工作在非π模时,电子的相位聚焦变差,回轰电子数剧增,阴极严重过热,发射物大量蒸发,阳极寿命缩短。若发现磁控管工作在非模时,应立即降低阴极电压,重新启动。
3.2打火
一般磁控管或多或少会产生打火,造成打火的原因有:
1、管内存有残存气体,管子长期存放不用,真空度降低。
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2、阴极偏心
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3、阴极温度过高,产生蒸发,阴极表面污染
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4、管子存有寄生振荡
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5、负载严重失配
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6、阴极发射不足
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磁控管一旦发生打火,振荡立即停止,紧接着电子回轰停止,这样造成阳极温度降低。如果阳极温度降低到已经不能维持管子正常工作,则又进一步引起打火,打火造成阳极温度进一步降低,如此恶性循环,最终使管子损坏。如果轻微打火,而阴极仍能维持管子正常工作,那么阴极就有可能恢复正常工作状态。
在使用过程中,一旦出现打火,应马上切断阳极高压重新启动。重新启动时要密切注意灯丝电压是否已经恢复到给定值,因为灯丝电压在未恢复前,重新启动高压时,会造成再次打火,这样对管子十分不利。
3.3磁控管振荡现象
在整机调试过程中,有时可能会出现磁控管的“振荡”现象,也就是当磁控管处于某工作点时,阳极电流会出现激烈的抖动。这种抖动幅度很小,频率很高,比一般的摆厉害得多。在激烈抖动的同时,有时还能听到电源内发出“嗡翁”的响声,这种现象我们称之为“振荡”或“共振”。CK-611、CK-147磁控管有时会出现这种现象。振荡轻重不一,有时不太明显,有时出现振荡后继续调节磁控管电流时还能继续上升,冲过振荡点后还能继续工作。有时就冲不过去。这时如继续调节磁控管电流,电源就跳闸。出现这种现象的主要原因是:电流本身与磁控管没有协调好,包括线路布置。电源内阻和磁控管的工作状态,三者出现在某一条件下,就会出现“振荡”。
只要适当调整,“振荡”现象即可消除,或移到正常工作之外,其办法有:
① 磁控管与电源交换位置,如有两个电源,可以交换电源之间的位置。
② 改变电源内阻,用改变磁场回路中电容或电阻的方法来改变电源的内阻,亦能消除振荡现象。
③ 调节反馈线圈的反馈量。为了稳定磁控管的工作,在磁场中加入了阳极电流的负反馈,这是非常必要的。反馈量多少对于稳定磁控管的工作起着重要的作用。反馈量太小起不到反馈作用,反馈量太大也会引起磁控管的工作不稳定,在一般情况下,我们采用2/3反馈。如果出现了“振荡”现象,减少反馈量,把原2/3反馈改为1/3反馈,也可消除“振荡”。管子之间距离不能太近。另外,任何磁性材料(如铁、镍、铁镍合金等)靠近管子,都会使磁场退磁。一般管子与管子之间的距离至少应大于15cm。
4、冷却控制
小功率的磁控管其输出功率在1KW以下,为了便于使用,通常采用强迫风冷。大功率磁控管及多腔速调器一般需要通过水冷却,其阴极灯丝引出部分及输出窗还要同时进行强迫风冷。在有尘埃的场所应采用有过滤器的吹风机。
目前国内只有915MHz和2450MHz被广泛应用,在较高的两个频段还没有合适的大功率工业设备。将微波化学与污水处理相结合是润泽东方的一项独创专利技术。2005年,我公司的第三代换代产品突破性地采用了脉冲微波,较第二代设备而言,单机电机功率由原来的20kw降至0.5kw,峰值功率由原来的17kw大幅提升至417kw,大大降低了电耗,这不得不说是一项历史性的突破,润泽东方人再一次成为节能技术的先锋军。
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