Non iniziate a lavorare con strumentazione di misura, iniziate piuttosto con una attenta riflessione. Molti problemi che affliggono gli apparecchi elettronici di consumo non richiedono uno schema, sebbene quest'ultimo possa facilitare il lavoro. La maggioranza dei problemi dei forni a microonde possono essere affrontati utilizzando al più un multimetro (analogico o digitale). Per la riparazione dei forni a microonde non vi occorre un oscilloscopio, a meno che non finite per dover tentare di riparare i circuiti logici nel controller, evenienza poco probabile.
Un tester digitale o analogico è necessario per controllare le tensioni di alimentazione (ma NON le alte tensioni), interruttori di sicurezza, i fusibili, cablaggi, e la maggior parte dei componenti montati in un forno a microonde. Non è necessario che il tester sia costoso, ma poichè dovrete far affidamento sui dati da esso forniti, l'affidabilità è di importanza primaria. Anche un economico tester digitale del costo compreso tra 50.000 e 100.000 Lire dovrebbe risultare sufficiente per la maggior parte delle riparazioni. Acquistatene subito uno se non ne siete ancora in possesso, e vi chiederete come avete fatto sinora a vivere senza di esso!
Altri utili 'strumenti di controllo':
Un rivelatore di fuga di microonde. Dei modelli economici sono disponibili in commercio presso i negozi di articoli per la casa o presso rivenditori per corrispondenza. Non si tratta di strumenti eccezionalmente accurati o sensibili, ma sono meglio che niente. Consultate inoltre i paragrafi "Misuratori di fughe di microonde" e "Semplici rivelatori di fughe di microonde".
Un misuratore di potenza in microonde; può essere acquistato o costruito utilizzando una piccola lampadina al neon o ad incandescenza con i terminali collegati insieme. Alcune volte queste soluzioni fatte in casa non sopravvivono a lungo, ma servono a confermare con sicurezza la presenza della potenza in microonde all'interno della cavità di cottura. NOTA: durante questi controlli non dimenticate di inserire nel forno un carico: una tazza piena d'acqua risulta adeguata allo scopo.
Un termometro (di vetro, non di metallo) per tenere sotto controllo la temperatura dell'acqua durante i controlli di potenza.
Sonda per alta tensione (professionale, non fatta in casa!). Ad ogni modo, si tratta di uno strumento solo raramente necessario. Le misurazioni di bassa tensione, resistenza o continuità sono in genere sufficienti a scoprire la maggioranza dei problemi. ATTENZIONE: l'alta tensione in un forno a microonde è NEGATIVA (-) rispetto allo chassis. Nel caso abbiate collegato le sonde ad alta tensione con polarità errata, non limitatevi semplicemente ad invertirle con il forno alimentato: potrebbe essere l'ultima azione della vostra vita!!! Scollegate il forno dalla rete elettrica, scaricate il condensatore ad alta tensione, e solo allora scambiate le connessioni.
Esistono in commercio degli speciali strumenti per il controllo del magnetrone e dell'emissione di microonde ma, a meno che non ripariate forni a microonde per lavoro, si tratta di stravaganze inutili.
E' essenziale, sia per la vostra sicurezza che per prevenire danni al dispositivo in riparazione ed alla strumentazione di misura, che prima di effettuare misurazioni o toccare qualunque componente, quel grosso condensatore ad alta tensione sia del tutto scaricato. Sebbene si suppone che siamo montati dei resistori appositi per effettuare la scarica, questi possono guastarsi. In ogni caso, potrebbero essere necessari svariati minuti perchè la tensione scenda a livelli trascurabili.
La tecnica che suggerisco consiste nell'utilizzare un resistore di alta potenza del valore di circa 5-50 Ohm/Volt della tensione di lavoro del condensatore. In questo modo si evita la saldatura ad arco provocata da una scarica effettuata tramite un cacciavite, ma nel contempo la costante di tempo è tale che la tensione del condensatore raggiunge dei valori irrisori in pochi secondi al massimo (ovviamente dipendentemente dalla costante di tempo RC e dalla tensione originaria).
Per il condensatore ad alta tensione montato in un forno a microonde, utilizzate nel vostro strumento per la scarica un resistore da 100 KiloOhm, potenza 25 Watt o superiore, con una pinzatta collegata allo chassis. La ragione alla base dell'utilizzo di un grosso resistore (di alta potenza) non è tanto la elevata dissipazione quanto il tenere a bada l'alta tensione: di certo non vorreste che l'alta tensione si scarichi attraversando i terminali del resistore.
Collegate il filo di massa ad un punto non verniciato dello chassis. Utilizzate la sonda di scarica su ciascun terminale del condensatore a turno per un secondo o due. Visto che la costante di tempo RC è di circa 0,1 secondi, l'operazione dovrebbe esaurire la carica velocemente e con sicurezza.
Quindi, assicuratevi dell'avvenuta scarica cortocircuitando i terminali del condenatore con un cacciavite BEN ISOLATO. Se si verifica una grossa scintilla, saprete che in qualche modo il vostro tentativo originale non ha avuto proprio successo. Perlomeno ora non c'è più pericolo.
Per finire, è sempre buona idea ponticellare i due terminali del condensatore utilizzando un cavetto con pinzette in modo che non venga accumulata alcuna carica mentre lavorate nell'area ad alta tensione. Si, è noto che i condensatori guadagnano spontaneamente una qualche carica. Nel caso peggiore, se dimenticherete di rimuovere il ponticello, brucerete il fusibile all'accensione del forno.
NON utilizzate un tester digitale per controllare la tensione sul condensatore, a meno che non disponga di una adeguata sonda per alta tensione. Nell'eventualità che la scarica non abbia funzionato, potreste fulminare tutto, inclusa la vostra stessa persona.
Ecco come costruirsi facilmente un idoneo strumento per scaricare i condensatori:
Saldate un capo di un resistore di dimensioni appropriate (100 KiloOhm, 25 Watt in questo caso) ad un cavo lungo circa 1 metro terminante con una pinzetta ben isolata. Per ragioni di sicurezza, queste connessioni devono essere adeguatamente saldate, non semplicemente avvolte.
Saldate l'altro capo del resistore ad un punto di contatto ben isolato, come ad esempio ad uno spezzone di 5 cm di filo di rame nudo del diametro di circa 1,5 mm montato all'estremità di una barretta di PVC o Plexiglass lunga mezzo metro che funge da manico di estensione.
Assicurate il resistore alla barretta isolante con del nastro isolante.
Questo strumento per la scarica vi consentirà di mantenervi alla larga dall'area pericolosa. Se lo desiderate, è anche possibile costruire ed abbinare al circuito di scarica il circuito indicatore di scarica dei condensatori è descritto nel documento "Come controllare i condensatori con un tester e come scaricarli con sicurezza".
Di nuovo, ricontrollate l'avvenuta scarica utilizzando un voltmetro per alta tensione o cortocircuitando il condensatore con un cacciavite ben isolato!
Ecco delle ragioni per utilizzare un resistore e non un cacciavite per scaricare i condensatori:
Non distruggerà i cacciaviti ed i terminali del condensatore.
Non danneggerà il condensatore a causa dell'impulso di corrente.
Ridurrà il livello di stress della vostra consorte, che non sarà costretta ad ascoltare quegli allarmanti colpi secchi e scoppiettii.
Invaliderete la garanzia, almeno in principio; di solito su un forno a microonde non ci sono sigilli di garanzia e pertanto, a meno che non causate qualche danno visibile o rovinate le viti o la plastica, è difficile scoprire che l'apparecchio è stato aperto. Dovete decidere. Un forno a microonde ancora coperto da garanzia dovrebbe probabilmente essere consegnato ad un centro assistenza autorizzato per la riparazione dei problemi coperti da garanzia, eccetto per quelli con le soluzioni più semplici ed ovvie.
Scollegate il forno dalla rete elettrica! Di solito è molto semplice rimuovere il coperchio in lamiera metallica che copre la parte superiore e quelle laterali, dopo aver rimosso dalle 8 alle 16 viti a testa Philips, la maggior parte delle quali sulla parte posteriore o alcune sui lati. Di solito non tutte le viti sono uguali! Almeno una di esse comprende una rondella zigrinata per assicurare il contatto di massa del coperchio al resto del contenitore. Prendete nota di qualunque differenza nei tipi delle viti, in modo che non vengano scambiate durante il rimontaggio. Quindi alzate il coperchio verso l'alto e rimuovetelo. Osservate come i dentini del coperchio si innestano con il cabinet principale; risultano di importanza critica per prevenire le perdite in microonde dopo il rimontaggio.
Scaricate il condensatore ad alta tensione come descritto nel paragrafo "Scaricare con sicurezza il condensatore di alta tensione in un forno a microonde" prima di finanche pensare di toccare qualsiasi cosa.
Uno schema che mostra tutti i componenti del circuito di generazione di potenza è di solito incollato all'interno del coperchio. Quanto sia incluso del controller varia da caso a caso, ma di solito è minimo.
Per fortuna, tutti i componenti di un forno a microonde possono essere facilmente sostituiti, e la maggioranza delle parti costituenti il generatore di microonde è disponibile presso distributori di materiale elettronico come MCM Electronics, Dalbani, e Premium Parts.
Al termine del lavoro, riassemblate in ordine inverso. Ponete particolare attenzione per evitare di pizzicare eventuali cavi quando reinstallate il coperchio. Per fortuna, l'interno di un forno a microonde è abbastanza spazioso e l'operazione non presenta alcuna difficoltà. Assicuratevi che TUTTI i dentini di metallo attorno al bordo frontale si innestino adeguatamente con il bordo del pannello frontale. Si tratta di un particolare importante per evitare l'emissione di microonde nel caso in cui la guida d'onda o il magnetrone si danneggino fisicamente in qualche modo. Assicuratevi di rimontare nelle giuste posizioni le viti che avete rimosso, in particolare la vite che mette il coperchio a massa con lo chassis.
Un tipico forno a microonde utilizza per il riscaldamento del cibo una potenza compresa tra 500 e 1000 Watt di energia a microonde alla frequenza di 2,45 GHz. Il riscaldamento è provocato principalmente dalla vibrazione delle molecole d'acqua e quindi i contenitori di plastica, vetro, o finanche di carta si riscaldano solo a causa della conduzione a contatto con il cibo bollente. Il trasferimento diretto di energia verso questi materiali è minimo. Ciò significa anche che il cibo non deve essere necessariamente un conduttore di elettricità (provate a riscaldare una tazza di acqua distillata) e che l'induzione elettromagnetica (utilizzata altrove per il riscaldamento ad alta frequenza senza contatto) non viene coinvolta.
Perchè proprio 2,45 GHz? Non c'è un vero e proprio motivo. Le molecole d'acqua non sono risonanti a questa frequenza. Per riscaldare con efficienza l'acqua sarebbe possibile utilizzare una vasta gamma di frequenze: i 2,45 GHz probabilmente sono stati scelti per un certo numero di altre ragioni, tra cui per non interferire con le assegnazioni preesistenti dello spettro elettromagnetico e per ragioni di convenienza nell'implementazione. Inoltre, la lunghezza d'onda (circa 12 centimetri) provoca una ragionevole penetrazione dell'energia in microonde nel cibo da riscaldare. Il punto di dimezzamento della potenza si trova a circa 2,5 centimetri di profondità nel caso dell'acqua allo stato liquido: metà della potenza viene assorbita nei 2,5 centimetri più esterni, un altro quarto della potenza nei successivi 2,5 centimetri, e così via.
Poichè la cavità di cottura costituisce un buon riflettore di microonde, quasi tutta l'energia generata dal forno è disponibile per riscaldare il cibo, e quindi la velocità di cottura dipende solo dalla potenza disponibile e dalla quantità di cibo da riscaldare. Trascurando le perdite di calore attraverso la convezione, possiamo affermare che il tempo necessario a riscaldare il cibo è approssimativamente proporzionale al suo peso. Quindi, per bollire due tazze di acqua occorrerà un tempo doppio rispetto a quello necessario per una sola.
Il riscaldamento non si verifica (come è opinione comune) dall'interno verso l'esterno. La profondità di penetrazione dell'energia in microonde è di pochi centimetri, e quindi la parte esterna si cucina più velocemente di quella interna. Ad ogni modo, a differenza di un forno convenzionale, l'energia in microonde penetra verso l'interno per questi pochi centimetri piuttosto che restare sulla parte esterna del cibo. Questa errata concezione può nascere dall'esame di qualcosa come il ripieno di una torta appena uscita dal forno a microonde (o anche da un normale forno a gas o elettrico per quello che ci interessa). Visto che la torta può raffreddarsi solo dall'esterno, il ripieno interno sembrerà molto più bollente della crosta e rimarrà tale per lungo tempo.
Un effetto molto singolare che può avvenire con i liquidi è il superriscaldamento: è possibile riscaldare un liquido puro come l'acqua al di sopra del suo punto di ebollizione se non vi sono punti in cui possano formarsi bolle, come granelli di polvere o imperfezioni del contenitore. Un tale liquido superriscaldato bolle improvvisamente e violentemente nel momento in cui viene rimosso dal forno, con pericolose consequenze. Tale effetto può aver luogo in un forno a microonde visto che il riscaldamento risulta relativamente uniforme su tutto il liquido. Nel caso di una cucina, il riscaldamento avviene per conduzione dal fornello e ci sono ampie opportunità perchè si formino delle piccole bolle sul fondo molto prima che l'intero volume del liquido abbia raggiunto il punto di ebollizione.
La maggior parte degli oggetti metallici andrebbero esclusi da un forno a microonde, visto che qualunque spigolo appuntito (area di intensi campi elettrici) può creare scintille o archi elettrici, che come minimo rappresentano un rischio di incendio. I contenitori metallici idonei all'utilizzo nei forni a microonde hanno tutti i bordi arrotondati.
Non bisognerebbe mai far funzionare un forno a microonde senza nulla all'interno, visto che il generatore di microonde rimarrebbe senza carico e pertanto tutta l'energia rimbalzerebbe nella cavità di cottura e verrebbe quasi tutta riflessa indietro verso la sorgente. In queste condizioni si potrebbero causare costosi danni al magnetrone ed altri componenti.
"Sto cercando di capire di cosa sia fatto il vetro montato sullo sportello di un forno a microonde. Non sono stato in grado di trovare una risposta migliore di 'retina metallica'. Se qualcuno può aiutarmi, gliene sarò estremamente grato."
C'è effettivamente un reticolo metallico racchiuso nella lastra di vetro. Poichè i fori del reticolo sono molto meno larghi rispetto alla lunghezza d'onda delle microonde a 2,45 GHz (circa 5 pollici o 12,5 cm), il reticolo risulta essenzialmente opaco alle microonde e quindi praticamente tutta l'energia viene riflessa nuovamente nella cavità di cottura.
Da: Filip (comprerò una vocale) Gieszczykiewicz (filipg@paranoia.com)
Salute. Avete mai visto da vicino una parabola per TV via satellite realizzata in rete metallica? Noterete che sembra proprio costruita con della semplice retina metallica del tipo che potete acquistare in un negozio di ferramenta (negli Stati Uniti è denominata 'recinto per galline' :-). La ragione alla base del funzionamento sta nel fatto che le onde raccolte dalla parabola sono di lunghezza maggiore rispetto ai fori della retina. Immaginate di far rimbalzare una pallina da tennis sulla retina metallica del forno a microonde: la pallina rimbalzerebbe indietro visto che è di dimensioni maggiori rispetto ai fori. Le microonde generate dal forno sono lunghe circa 2,5 cm: fintantochè i fori sono di dimensioni minori rispetto alla lunghezza d'onda non lasceranno sfuggire alcunchè all'esterno. In realtà è preferibile che i fori siano il più piccoli possibile in modo da minimizzare la fuga di spurie ed armoniche, ma senza ridurre la 'visibilità' del cibo in cottura... è come far rimbalzare palline da tennis e da golf e palline di vetro sulla retina, si desidera beccare tutte le possibili dimensioni, ma senza privarsi della possibilità di vedere attraverso la retina.
A proposito, non si tratta in realtà di una lastra di vetro ma piuttosto di un 'sandwich' di vetro dall'esterno, seguito da una retina metallica (di solito una lamiera metallica stampata o forata secondo uno stampo, come la maschera di un cinescopio per televisore a colori!), seguita da una lastra di vetro o plastica per garantire che gli schizzi di cibo e la condensa di vapore siano facili da pulire, immaginate se foste costretti a scrostare la retina metallica!
Il principio di funzionamento di un forno a microonde è davvero molto semplice. Il forno è costituito da due parti principali: il controller e il generatore di microonde.
Di solito all'interno del coperchio è incollato uno schema del circuito di generazione delle microonde e di alcune porzioni del controller.
Il controller è il componente che si occupa di temporizzare la cottura, attivando e disattivando l'emissione dell'energia in microonde. Il livello di potenza è determinato dal rapporto tra il tempo di emissione ed il tempo di riposo, in un ciclo di 10-30 secondi.
Il generatore di microonde riceve la tensione di rete e la eleva ad una tensione molto alta che viene applicata ad uno speciale tipo di valvola denominata magnetrone, variata di ben poco rispetto alla sua invenzione avvenuta durante la Seconda Guerra Mondiale (per essere utilizzata come Radar).
Il controller comprende di solito un microcomputer, sebbene i forni più economici potrebbero montare un semplice timer meccanico (che, ironicamente, è probabilmente più costoso da produrre!). Il controller pilota l'orologio digitale ed il temporizzatore di cottura, regola i livelli di potenza delle microonde, pilota il display e, nei forni di alte prestazioni, tiene sotto controllo i sensori di umidità o temperatura.
Il livello di potenza è regolato tramite il controllo della larghezza degli impulsi del generatore di microonde, con un ciclo che di solito dura dai 10 ai 30 secondi. Per esempio, la potenza ALTA equivale a generatore sempre acceso, la potenza MEDIA potrebbe corrispondere a 10 secondi di accensione alternati a 10 secondi di inattività, e la potenza BASSA a 5 secondi di accensione e 15 di inattività. I rapporti di potenza non sono molto lineari visto che è necessario un periodo di riscaldamento variabile da 1 a 3 secondi dopo che viene attivata la potenza in microonde.
Le tensioni di alimentazione per il controller di solito sono ricavate da un trasformatore riduttore. Il controller attiva la circuitazione di generazione delle microonde attraverso un relè o un triac.
I forni più sofisticati possono montare vari sensori, per la maggior parte dei casi costituiti da sonde di temperatura e umidità. I forni a convezione possono includere un sensore di temperatura montato sopra la cavità di cottura.
Poichè tali sensori sono esposti al cibo o ai suoi vapori, i guasti alle sonde dei sensori stessi sono molto comuni.
Poichè dal 30 al 50 per cento della potenza all'interno di un forno a microonde viene dissipata in calore nel magnetrone, il raffreddamento è estremamente importante. Ispezionate sempre la ventola e il motore alla ricerca di polvere e sporcizia, e lubricateli se necessario. Un paio di gocce di olio per motori elettrici o 3-in-One risulteranno sufficienti per lungo tempo. Se ci sono delle cinghie, verificate che non siano deteriorate e sostituitele se necessario.
Un forno che si spegne dopo pochi minuti di funzionamento potrebbe presentare un problema di raffreddamento, un termostato di sovratemperatura difettoso, un cattivo magnetrone, o magari viene fatto funzionare ad una tensione di rete molto elevata e quindi aumenta la potenza di cottura.
Una interessante osservazione: poichè dal 30 al 50 per cento della potenza si disperde in calore attraverso le aperture di aerazione posteriori, un forno a microonde è in realtà più efficiente rispetto ai sistemi convenzionali come una cucina o un forno a gas o elettrico solo per riscaldare piccole quantità di cibo. Con un normale forno o cucina, l'energia sprecata finisce per riscaldare il recipiente o il forno, l'aria, e così via. Ad ogni modo, ciò è relativamente independente dalla quantità di cibo e potrebbe essere considerato come uno spreco fisso. Pertanto, esiste un punto di soglia oltre il quale risulta più conveniente utilizzare il riscaldamento convenzionale rispetto alle tecnologiche microonde.
Si tratta del sottosistema che converte la potenza fornita dalla rete elettrica in energia a microonde. E' costituito da 5 parti: trasformatore ad alta tensione, diodo raddrizzatore, condensatore, magnetrone, guida d'onda verso la cavità di cottura.
Trasformatore ad alta tensione. Tipicamente ha un secondario di circa 2000 Volt RMS a più o meno 0,25 Ampere, dipendentemente dalla potenza del forno. E' anche presente un avvolgimento a bassa tensione per il filamento del magnetrone (tipicamente 3,3 Volt a 10 Ampere).
Non può sfuggirvi visto che si tratta del più grosso e pesante componente visibile una volta rimosso il coperchio. Troverete un paio di terminali quick-connect per l'ingresso di rete, un paio di conduttori per il filamento del magnetrone, ed una singola connessione per l'uscita ad alta tensione. Il ritorno dell'alta tensione è assicurato direttamente al frame del trasformatore e quindi allo chassis.
Raddrizzatore - di solito con valore di targa di circa 12.000-15.000 PRV a circa 0,5 Ampere. Molto comunemente, è di forma rettangolare o cilindrica, lungo circa 10 centimetri con terminali in filo. Alcune volte, si tratta di uno scatolino bullonato allo chassis, con un terminale connesso elettricamente allo chassis.
Condensatore - da 0,65 a 1,2 uF ad una tensione di lavoro di circa 2.000 Volt. Si noti che la 'tensione di lavoro' riportata in questi condensatori potrebbe trarre in inganno, visto che la reale tensione del condensatore potrebbe superare questo valore durante il funzionamento. Il condensatore è racchiuso in un involucro di metallo con terminali quick-connect alla sommità (una estremità). Prima di toccare qualunque componente all'interno del forno dopo aver rimosso il coperchio, non dimenticate di scaricare sempre il condensatore come descritto in seguito.
Magnetrone - la valvola che produce le microonde è composta da un catodo filamento riscaldato, svariate cavità risonanti con un paio di magneti ceramici permanenti ad anello per forzare i raggi elettronici in orbite elicoidali, e un'antenna di uscita. Il magnetrone è molto spesso a forma di scatola con le alette di raffreddamento nel mezzo, le connessioni del filamento e dell'alta tensione sul basso, e l'antenna (nascosta dalla guida d'onda) in alto. Alcune volte è di forma cilindrica, ma si tratta di un'evenienza meno comune. La frequenza delle microonde generate è di solito di 2,45 GHz.
Il magnetrone a cavità è stato inventato dagli Inglesi prima della Seconda Guerra Mondiale. E' considerata da molti l'invenzione più importante per la vittoria degli Alleati in Europa.
La storia narra che subito dopo la guerra, un ricercatore della Raytheon Corporation, certo Dr. Percy Spencer, mentre si soffermava nelle vicinanze di uno dei radar ad alta potenza, notò che una barra di cioccolato che aveva in tasca si era ammorbidita. Nella mentalità 'devo capire perchè è successo' tipica di un vero scienziato, decise di investigare più a fondo sulla questione. Il Radarange Amana e l'intera futura industria dei forni a microonde furono i risultati.
Ecco due descrizioni della costituzione fisica del magnetrone. La prima è quella che probabilmente troverete recandovi in una biblioteca alla ricerca di informazioni sul radar (alcuni dei più vecchi forni a microonde potrebbero anche utilizzare questo progetto classico). Tale descrizione è seguita dalla mia autopsia di un magnetrone ormai defunto del tipo che probabilmente equipagga il forno a microonde presente nella vostra cucina. I punti da (1) a (6) dei seguenti paragrafi si applicano a ciascuno dei due tipi, mentre quelli da (7) a (9) si applicano ad entrambi.
Per informazioni più dettagliate comprendenti alcuni simpatici schemini, consultate gli articoli presenti sul sito web Microtech. Tra gli argomenti è inclusa la teoria basilare di funzionamento delle microonde, oltre che una completa discussione sulla costruzione del magnetrone e sui principi di funzionamento.
Questa è la descrizione che troverete in qualunque libro di testo sui radar o sulle microonde. Anche l'originale Radarange Amana ed altri primitivi forni a microonde utilizzavano questo progetto.
Un catodo cilindrico emettitore di elettroni montato in posizione centrale. Viene alimentato con tensione pulsante o continua a varie migliaia di Volt (negativi rispetto all'anodo).
Un blocco anodico cilindrico circostante ma separato e bene isolato dal catodo.
Varie cavità risonanti cilindriche ad un raggio fisso dal catodo, forate nel blocco dell'anodo. Dei canali collegano le cavità all'area centrale dove è localizzato il catodo.
La lunghezza d'onda dell'energia in microonde si aggira approssimativamente su 7,94 volte il diametro delle cavità (per la frequenza di 2,45 GHz (12,4 cm) utilizzata in un forno a microonde ciò risulterebbe in una cavità del diametro approssimativo di 0,62 pollici (15,7 mm).
Un antenna in una delle cavità cilindriche, che convoglia l'energia in microonde nella guida d'onda.
L'intero gruppo è piazzato in un forte campo magnetico (svariate migliaia di Gauss, quando si pensi che il campo magnetico terrestre ammonta a circa 0,5 Gauss). Il campo magnetico è di solito fornito da un magnete permanente, sebbene siano anche stati utilizzati degli elettromagneti. I progetti originali utilizzavano dei grossi magneti permanenti a ferro di cavallo, che erano tra i più potenti esistenti al tempo.
Il raffreddamento del blocco anodico deve essere realizzato con aria forzata, acqua, oppure olio visto che l'efficienza del processo di generazione delle microonde si aggira solo dal 60 al 75 per cento, e spesso si tratta di valvole di alta potenza (molti KiloWatt).
Questa descrizione è specifica per il modello 2M214 (che ho smontato) o per modelli similari utilizzati nella maggioranza dei forni medi e grandi. Ad ogni modo, quasi tutti gli altri magnetroni utilizzati nei moderni forni a microonde domestici dovrebbero essere molto simili.
La numerazione dei componenti si riferisce allo schema nel paragrafo "Schema in sezione di un tipico magnetrone".
Date inoltre uno sguardo a questa foto del Tipico anodo e struttura risonante di un magnetrone. Si tratta di una vista verso l'alto attraverso il cilindro dell'anodo dall'estremità del filamento della valvola. Consultate il testo seguente per le denominazioni dei componenti e le dimensioni.
Il filamento e il catodo sono un unico elettrodo realizzato in solido filo di tungsteno, del diametro di circa 0,020 pollici (0,5 mm), a forma elicoidale con un numero di spire variabile fra 8 e 12, di raggio di 5/32 di pollcie (4 mm) e di lunghezza appena superiore a 3/8 di pollice (9,5 mm). Il catodo è rivestito di un materiale idoneo ad emettere elettroni.
Nota: questo rivestimento è l'unico materiale contenuto nel magnetrone che potrebbe risultare pericoloso. Il berilio, un metallo tossico, potrebbe essere utilizzato nei grossi magnetroni per radar ma non dovrebbe essere presente nei tipi per i forni a microonde domestici.
Il filamento preleva la propria alimentazione attraverso un paio di choke RF ad alta corrente, costituiti da una dozzina circa di filo spesso avvolto su un nucleo in ferrite, in modo da impedire la fuga di microonde verso il circuito del filamento ed i circuiti elettronici del forno. La tipica alimentazione al filamento è di 3,3 Volt AC a 10 Ampere.
Il catodo è alimentato tramite una tensione pulsante negativa con un valore di picco fino a 5.000 Volt.
L'anodo è un cilindro realizzato con del rame spesso 0,062 pollici (1,5 mm) del diametro esterno di 1-3/8 di pollice (35 mm) e una lunghezza di circa 1 pollice (25,4 mm).
Delle piastre di acciaio (che probabilmente aiutano a modellare il campo magnetico, leggete in avanti per maggiori dettagli) e dei coperchi in acciaio sottile (a cui sono sigillati gli isolatori del filamento e dell'antenna) sono saldati alle estremità del cilindro.
I terminali ed i supporti del filamento arrivano all'interno del magnetrone attraverso un isolatore ceramico di forma cilindrica sigillato sul coperchio inferiore e quindi passano attraverso un foro praticato sul coperchio dell'estremità inferiore.
Piuttosto che della cavità cilindriche (che troverete nella maggioranza delle descrizioni dei magnetroni utilizzati nei radar), nei magnetroni per forni a microonde è presente un insieme di 10 palette di rame spesse 0,062 pollici (1.5 mm) e approssimativamente lunghe 1/2 pollice (12,7 mm) e larghe 3/8 di pollice (9,5 mm). Queste palette sono saldate con una lega di ottone e zinco oppure argento nella parete interna del cilindro rivolta verso l'interno lasciando un'area centrale di 5/16 di pollice (8 mm) libera per il filamento/catodo.
Questo spazio è circondato dalle estremità spesse 0,062 pollici (1,5 mm) delle 10 palette con intervalli di approssimativamente 0,04 pollici (1 mm) tra di esse.
Degli anelli in rame ad entrambe le estremità vicino al centro congiungono alternativamente le palette. Quindi, tutte le palette pari sono ponticellate l'una con l'altra e tutte le palette dispari sono ponticellate l'una con l'altra. Naturalmente, tutti gli anelli sono anche ponticellati all'esterno, dove sono uniti alla parete più interna del cilindro.
Questa struttura realizza delle cavità risonanti multiple che si comportano come insiemi di circuiti accordati L-C di altissima qualità a bassa perdita con un picco netto a 2,45 GHz. A questa elevata frequenza, non vengono utilizzati induttori e condensatori individuali: l'induttanza e la capacità sono forniti tramite la precisa configurazione e spaziatura della palette in rame, anelli di cortocircuito, e cilindro dell'anodo.
Vicino alla parte centrale di ciascuna paletta è realizzata una connessione che agisce come presa della potenza di uscita; questa passa attraverso un foro sulla placca superiore, esce dalla valvola attraverso un isolatore ceramico cilindrico sigillato al coperchio superiore, e si collega al coperchio pressed-on dell'antenna a muso di toro.
L'intero gruppo è immerso in un potente campo magnetico (svariate migliaia di Gauss in confronto al campo magnetico terrestre di circa 0,5 Gauss). Il campo magnetico è fornito da un paio di anelli magnetici in ceramica montati contro i coperchi superiore ed inferiore del cilindro dell'anodo. Nel magnetrone modello 2M214, questi magneti hanno un diametro esterno di 2-1/8 pollici (54 mm), diametro interno di 1-13/16 pollice (46 mm), spessore 1/2" (12,7 mm).
Un insieme di sottili alette di alluminio funge da dissipatore termico per rimuovere la significativa quantità di calore residuo prodotto nel processo di generazione delle microonde, visto che l'efficienza si aggira solo tra il 60 e 75 per cento. Queste alette sono montate a pressione sull'anodo del magnetrone ed anche a contatto con il contenitore stesso del magnetrone. E' sempre prevista una ventola di raffreddamento per soffiare l'aria attraverso questo gruppo.
L'anodo ed il contenitore del magnetrone sono a potenziale di terra e sono collegati allo chassis.
Quanto segue si applica a tutti i modelli di magnetroni.
Gli spazi vuoti tra il catodo e l'anodo e tra le cavità risonanti sono tutti a vuoto d'aria.
Quando il magnetrone è alimentato, gli elettroni fluiscono dal catodo all'anodo. I campi magnetici li forzano a spostarsi lungo tragitti curvati in gruppi come i raggi di una ruota. Il modo più semplice per descrivere ciò che accade è che i gruppi di elettroni spazzolano contro le aperture delle cavità risonanti nell'anodo e stimolano la produzione di microonde in un modo analogo a quanto accade quando si soffia lungo la parte superiore di una bottiglia di Coca Cola o in un fischietto.
La frequenza e la lunghezza d'onda delle microonde è determinata principalmente dalla dimensione e della forma delle cavità risonanti, e non dal campo magnetico come è opinione comune. Ad ogni modo, la potenza del campo magnetico influisce sulla tensione di soglia (la tensione minima richiesta sull'anodo perchè il magnetrone possa generare delle microonde), sulla potenza di uscita, e sull'efficienza.
Lo straordinario disegno ASCII qui sotto rappresenta (o dovrebbe rappresentare) una sezione centrale del magnetrone modello 2M214 (non in scala), visto da un lato.
________
| ____ |
|_| |_| coperchio antenna
/ |____| \
| | || | | isolatore antenna
| | || | |
xxxxxxxx|__| || |__|xxxxxxxx guarnizione sigillo RF
____________________| || |____________________
| | (5)|| || || (5)| |
| | magnete || || || magnete | |
| | superiore|| || || superiore| | contenitore
| |__________|| || ||__________| | esterno
| ______| \\ |______ |
| /____ (7) \\ ____\ |
|____________|| \__ ______ \\ / ||____________|
| ||_______ |__ __| _\\ ___|| |
|____________|| | o || o | ||(4)||____________|
| || | o || o | || (6) | Alette di
|____________||paletta| o || o |paletta||____________| raffreddamento
| || (3) | o || o | (3) || |
|____________|| | o || o | ||____________| o: elica del
| ||_______|(1)|| o |_______|| | filamento
|____________|| __ |_||||_| __ ||____________|
| ||____/ || || \____||<-- (2) |
| \______ \\ \\ ______/ |
| __________ | || || | __________ |
| | (5)|| || || || (5)| |
| | magnete || || || || magnete | |
| | inferiore|| || || || inferiore| |
|________|__________|| || || ||__________|________|
| |__||__||__| |
| | || || | isolatore del |
| | || || | filamento |
| (choke RF |_||__||_| |
| non mostrati) || || connessioni |
| || || filamento/catodo |
|____________________________________________|
Quasi tutti i forni a microonde utilizzano basilarmente lo stesso schema per il generatore di microonde; in questo modo si è ottenuto un sistema relativamente semplice prodotto a basso costo.
Il circuito tipico è mostrato qui di seguito; si tratta dello schema che probabilmente troverete incollato all'interno del coperchio metallico del forno. Sono probabilmente inclusi solo i circuiti di alimentazione (escluso quindi il controller, a meno che non si tratti di un semplice temporizzatore pilotato da un motore), ma poichè la maggioranza dei problemi si verificano nel generatore di microonde, questo schema è tutto quanto necessario.
|| +------------------------+
||( 3 VAC, 4 A, tipicamente | Magnetrone
Relè o || +------------+------+ |
fusibile I TP Triac || | | | +-|----|-+
___-\ ______/ __--_____/ ____ || +-----| |----+ | |_ _| |
\- | )||( Cond.| | | | \/ |
Rete I \ I=Interr.sicurezz)||( __|__ | ___ |
elettrica | TP=Protez.termica )||( 2000 VAC _\_/_ +----|:--+
_________|____________________)||( 0,25 A | Diodo |'-->
||( tipicamente | | Microonde
(Controller non mostrato) || +------------+---------+
Si noti l'insolita configurazione del circuito: il magnetrone è collegato in parallelo al diodo, e non al condensatore come in un 'normale' alimentatore. Ciò significa che la tensione di picco sui terminali del magnetrone è costituita dalla tensione presente sul secondario del trasformatore sommata a quella presente sui terminali del condensatore, e quindi i picchi si avvicineranno al valore picco-picco del trasformatore, o circa 5000 Volt nell'esempio sopra riportato. Si tratta di un duplicatore di tensione a mezz'onda. La forma d'onda in uscita è simile ad una sinusoide con una tensione picco-picco uguale alla tensione picco-picco del secondario del trasformatore, con i suoi picchi positivi alla massa dello chassis (senza carico). I picchi sono negativi rispetto allo chassis. I picchi negativi verranno in qualche modo schiacciati sotto carico. Agite con estrema cautela: sono presenti fino a 5000 Volt con correnti nell'ordine di Ampere! ATTENZIONE: Non tentate assolutamente di visualizzare questa forma d'onda su un oscilloscopio, a meno che non siate in possesso di una sonda commerciale per alta tensione e sappiate come utilizzarla con sicurezza!
Il modo più semplice per analizzare il funzionamento del duplicatore di tensione a mezz'onda è con il magnetrone temporaneamente rimosso dal circuito. In tal modo, l'alimentatore diventa un semplice rettificatore e filtro a mezz'onda per quel che riguarda la tensione sul condensatore; quest'ultima si aggira intorno a V(picco) = V(RMS) * 1,414 dove V(RMS) è la tensione in uscita del trasformatore ad alta tensione. La tensione sul condensatore ad alta tensione sarà quindi: V(picco) + V, dove V è la forma d'onda in uscita dal trasformatore. Il carico del magnetrone, essendo in parallelo al diodo ad alta tensione, riduce in qualche modo il valore di picco, nel punto in cui ha luogo la maggior parte della sua conduzione.
ATTENZIONE: come conseguenza di ciò, se il magnetrone non è presente o non assorbe potenza per una qualche ragione, per esempio se il filamento è aperto, quando viene staccata l'alimentazione sul condensatore sarà presente una tensione fino a V(di picco). Al termine del normale funzionamento, parte di questa tensione verrà probabilmente scaricata immediatamente, ma non scenderà al di sotto dei 2.000 Volt a causa del carico, visto che il magnetrone non conduce a basse tensioni.
In alcuni modelli di forni sono stati utilizzati anche altri tipi di alimentatori, inclusi inverter ad alta frequenza, ma è difficile battere la semplicità, il basso costo e l'affidabilità della configurazione del duplicatore di tensione a mezz'onda. Consultate il paragrafo "Alimentatori ad alta tensione realizzati come inverter ad alta frequenza".
Di solito come parte del condensatore è anche montato un resistore bleeder, non mostrato nello schema. AD OGNI MODO, NON DATE PER SCONTATO CHE QUESTO SIA SUFFICIENTE A SCARICARE IL CONDENSATORE; SCARICATELO SEMPRE MANUALMENTE OGNIQUALVOLTA IL FORNO E' STATO ACCESO. Il resistore bleeder potrebbe essere difettoso ed aperto, visto che questo non influenza il funzionamento del forno, senza contare che la costante di tempo potrebbe essere lunga, nell'ordine di minuti.
Inoltre, molto probabilmente sarà presente un termostato di sovratemperatura da qualche parte nel circuito primario, spesso montato sul contenitore del magnetrone. Potrebbe anche essere previsto un fusibile termico o altro protettore montato fisicamente altrove, ma collegato in serie con il primario del trasformatore ad alta tensione.
Tra gli altri componenti ricordiamo gli interruttori di sicurezza del forno, la ventola di raffreddamento, il motore del piatto rotante (se previsto), la lampadina per illuminare la cavità di cottura, ecc.
Vari interruttori di sicurezza montati sulla porta impediscono la generazione involontaria di microonde a meno che la porta non sia completamente chiusa. Almeno uno di questi interruttori è direttamente collegato in serie con il primario del trasformatore, in modo che un cortocircuito nel relè o triac non possa far accidentalmente generare microonde con la porta aperta. Gli interruttori devono essere attivati nella corretta sequenza quando la porta viene chiusa o aperta.
E' interessante osservare che un altro interruttore di sicurezza è collegato in modo da cortocircuitare direttamente la linea di alimentazione se viene attivato in una sequenza scorretta. Gli interruttori di sicurezza sono progettati in modo che, se la porta è correttamente allineata, devono chiudersi nella corretta sequenza. Altrimenti, viene provocato un cortocircuito sulla linea di alimentazione che provoca la bruciatura del fusibile, rendendo necessario il ricorso all'assistenza tecnica. Perlomeno questa è la spiegazione più logica che ho trovato per la presenza di un interruttore in parallelo alla linea di alimentazione.
Degli interruttori di sicurezza guasti costituiscono la maggioranza dei problemi che affliggono i forni a microonde, forse circa il 75 per cento.