CN103237378A - 一种l波段的大功率微波能发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种L波段的大功率微波能发生器，它包括，电路部分和微波器件部分，所述的电路部分包括控制保护电路，阳极电源，灯丝电源，磁场电源，所述的微波器件部分包括磁控管，电磁铁，上极靴、下极靴，激励腔。本发明提供的L波段的大功率微波能发生器，通过大量实验筛选磁控管和电路结构，用户界面友好，操作简单，自动化程度高，微波能输出效率高，输出功率无级可调，微波功率自动控制稳定，安全性能高，应用范围广泛。

Description

一种L波段的大功率微波能发生器

技术领域

本发明涉及一种微波能发生器，具体涉及一种功率无级可调，微波功率自动控制稳定的L波段的大功率微波能发生器。

背景技术

微波加热就是将微波作为一种能源来加以利用，当微波与物质分子相互作用，产生分子极化、取向、摩擦、碰撞、吸收微波能而产生热效应，这种加热方法就称为微波加热。这是一种新型的加热方法，这种加热方法同传统的加热方法如自然干燥、热空气干燥（蒸汽加热、电热、红外加热）相比具有以下优点：高效、加热均匀、易控，便于实现自动化、设备体积小、产品质量好、消毒、杀菌，产品安全卫生等。微波能发生器已广泛地用于化工、中药萃取、医疗等行业，用来进行催化反应、材料分析、杀菌处理等。但是现有技术的微波能发生器，结构和电路设计不合理，微波输出效率低，功率小，功率不稳定，不易调节与操作，大大限制了微波能发生器的应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种用户界面友好，操作简单，自动化程度高，微波输出效率高，输出功率无级可调，微波功率自动控制稳定，安全性能高的L波段的大功率微波能发生器。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为:

一种L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，它包括电路部分和微波器件部分，所述的电路部分包括控制保护电路，阳极电源，灯丝电源，磁场电源，所述的微波器件部分包括磁控管，电磁铁，上极靴，下极靴，激励腔。其中磁控管得到各组电源所提供的电场和磁场，产生电子振荡，形成电磁波，电磁波由激励腔耦合送至微波应用设备，实现对物料的加热干燥、杀菌、催化等作用。

本发明提供的L波段的大功率微波能发生器（微波频率为915MHz，输出功率为60kW），采用固定阳极电压，调节磁场电流控制阳极电流。适当引入阳极电流负反馈措施使磁控管正常长期工作，并且固定高压采用三相全波整流，简单实用、稳定可靠，从而能很好的改善微波能发生器的稳定性。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的控制保护电路由PLC可编程控制器控制，PLC可编程控制器具有非常高的可靠性及自动化程度，操作更加便捷高效。

本发明以PLC为主控制器，同时用模块对灯丝电流、磁场电流、阳极电流、阳极电压等电参数作数据采样，经PLC计算处理，再对外做出相应的控制执行。本发明大功率微波能发生器微波频率为915MHz、微波功率为60kW，电路抗微波干扰能力强。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的的控制保护电路包括低压控制回路和高压控制回路。所述的低压控制回路包括断路保护器，低压开关，零位开关，水流开关和交流接触器；所述的高压控制回路包括高压保险器，高压开关，磁场板内欠流触点，温度开关，应用器门开关，磁场板内阳极电流过荷辅助触点，交流接触器和高压过流继电器。当零位开关合上，水流开关接通时就可以加低压。

以上所述的零位开关，可保证灯丝不在零位时低压加不上，保护磁控管。因磁控管在冷态时电阻极小，当加上一定电压时，瞬间电流很大，易损坏磁控管。

以上所述的水流开关，属于低压控制回路，用来检测水源，一旦停水或水流量变小时，断开低压控制回路，可以避免磁控管因冷却水不良而损坏。

以上所述的温度开关，当磁控管因停水或能量输不出去时，而引起冷却水过热，PLC自动切断高压，达到保护磁控管的目的。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的阳极电源是由三相变压器和高压硅堆等组成的三相桥式整流器。变压器的次极输出分高、中、低三档，当用户的电网电压改变时，可灵活选择合适的档使用；阳极电源的正端经电磁铁线包的部分绕组接到磁控管的阳极(地)，阳极电源的负极接到磁控管的阴极，产生负高压。并且阳极回路中接有高压保险丝以及阳极电流表，高压保险丝可及时可靠的保护磁控管和高压硅堆，安全性能高。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，

所述的灯丝电源包括断路保护器，灯丝电流表，灯丝电流隔离传感器，调压模块和灯丝变压器，以及用于控制灯丝电流的大小的PLC控制的D/A模块。所述的灯丝变压器的初极连接灯丝电流表，灯丝电流表能间接反应出磁控管的灯丝电流。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的磁场电源包括磁场开关电源，调节磁场电流大小的PLC控制的D/A模块，磁场电流表，磁场电流隔离传感器，磁场欠流的检测电路。开关电源的正极加到电磁铁线包，产生磁控管所需要的磁场强度。调节磁场电流，可以改变磁控管的阳极电流。磁控管的阳极电流随着磁场强度的减少而增加。在磁场回路中有磁场电流表，它反应电磁铁所产生的磁场强度的大小。微波能发生器将阳极电流流过电磁铁的副线包，但和主线包的流入电流的同名端相同，即阳极电流负反馈。其变化情况如下：

Ia↑→B↑→Ia↓

可提高微波能发生器的工作稳定度。

微波激励腔结构优化筛选试验：

微波输出的激励器设计的驻波大小是整个微波能发生器的效率的关键；本发明利用CST微波工作室建立磁控管输出窗和BJ9矩形波导激励腔组成的微波能输出装置模型，仿真计算并分析磁控管中心与短路面距离、磁控管插入深度、调配螺钉对微波能激励效果的影响，由此对915MHz的激励腔进行优化筛选。

1、本发明设计不同的磁控管中心与短路面的距离L，考察对激励腔性能的影响，试验结果如表1所示：

表1不同磁控管中心与短路面的距离对激励腔性能的影响

L	240mm	257mm	280mm
				最佳性能频率点	f=963.19MHz	f=925.75MHz	f=915.0MHz
正向传输系数	S21=-1.51dB	S21=-1.55dB	S21=-1.56dB

由表1的仿真结果表明，激励腔其余尺寸参数固定时，随着磁控管中心与短路面的距离L的增大，激励腔最佳性能频率点由高向低显著地迁移，而传输系数S₂₁有很小幅度的下降，因此本发明选用磁控管中心与短路面的距离L为280mm。

2、本发明设计不同的磁控管插入深度h1，考察对激励腔性能的影响，试验结果如表2所示：

表2不同磁控管插入深度对激励腔性能的影响

h1	90.2mm	92.5mm	95.220mm
				最佳性能频率点	f=937.06MHz	f=915.75MHz	f=890.12MHz
正向传输系数S21	S21=-1.97dB	S21=-1.55dB	S21=-1.22dB

由表2的仿真结果表明，其余尺寸参数固定时，随着磁控管插入深度h1的增大，激励腔最佳性能频率点由高向低迁移，传输系数S₂₁有很较大幅度的下降。本发明选择最佳性能频率点915MHz时的磁控管插入深度，即磁控管插入深度为91-95mm。这样可以兼顾磁控管在915MHz±25MHz的频率范围内无需调配螺钉，作为更优选磁控管插入深度为92.5mm，可以在915.75MHz实现最佳性能频率。

3、调配螺丝对激励腔影响

本发明经过大量试验筛选，试验结果表明，无论调配螺钉的高度和直径的优化调整，在高功率微波应用系统中，激励腔实际使用时调配螺钉处损耗较大，并且容易因为调节失误对激励性能造成影响，本发明创造性的将调配螺钉去掉，采用无调配螺钉的波导激励腔。并且有利于用户应用系统更换磁控管。

本发明通过优选磁控管插入深度、磁控管与短路面距离，去除调配螺钉的优化，优选得到最优的915MHz波导激励腔，仿真结果表明，磁控管与短路面距离L=280mm，磁控管插入深度h1=92.5mm，无调配螺钉，优选的激励腔在频率915MHz处有最大的正向传输系数S₂₁=-1.32dB，2端口最大电场为158V/m，微波同轴转波导的传输效率高达98.5%。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的电路部分安装有A/D模块、D/A模块、通讯模块。

作为优选方案，以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的电路部分安装有所述的通讯模块与PC机或上位机的通讯接口，接口形式为RS-485；通讯协议为Modbus协议，可以实现远程控制，智能化程度高，工作效率高。

本发明所述的L波段的大功率微波能发生器的主要技术指标如下：

输入电源电压(交流)：380V±5%频率：50Hz±1%

输入视在功率：≤75kVA

微波频率：915±25MHz

微波输出功率：≥60kW

电压驻波比：1.2:1

操作人机界面：触摸屏

微波泄漏量：符合国家安全卫生标准。

有益效果：本发明提供的L波段的大功率微波能发生器与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的L波段的大功率微波能发生器，通过大量试验筛选优化电路部分和微波器件部分，用户操作界面友好，微波能发生器的采用集成控制技术，自动化程度高，微波输出效率可高达85%以上，输出功率无级可调，微波功率自动控制稳定，安全性能高，应用范围广泛。

并且本发明提供的L波段的大功率微波能发生器，其中PLC与触摸屏控制，稳定可靠；人机界面智能化提示操作，数字量化控制；并且功率控制可以由手动、自动两种控制方式；在负载驻波比小于1.2时，微波能发生器效率可以85%以上；设有故障锁定功能，维修方便。

附图说明

图1为本发明提供的L波段的大功率微波能发生器线路组成框图。

图2为本发明提供的L波段的大功率微波能发生器中微波器件的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1和图2所示，一种L波段的大功率微波能发生器，它包括，电路部分和微波器件部分，所述的电路部分包括控制保护电路，阳极电源，灯丝电源，磁场电源，所述的微波器件部分包括磁控管（1），电磁铁（2），上极靴（3），下极靴（4）和激励腔（5）。所述的电路部分由三相电源供电。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的控制保护电路由PLC可编程控制器控制。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的的控制保护电路包括低压控制回路和高压控制回路。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的低压控制回路包括断路保护器，低压开关，零位开关，水流开关和交流接触器；所述的高压控制回路包括高压保险器，高压开关，磁场板内欠流触点，温度开关，应用器门开关，磁场板内阳极电流过荷辅助触点，交流接触器和高压过流继电器。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的阳极电源包括三相变压器和高压硅堆；阳极电源的正端经电磁铁线包的部分绕组接到磁控管的阳极，阳极电源的负极接到磁控管的灯丝，从而产生负高压。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的灯丝电源包括断路保护器，灯丝电流表，灯丝电流隔离传感器，调压模块和灯丝变压器，以及用于控制灯丝电流的大小的PLC控制的D/A模块。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的磁场电源包括磁场开关电源，调节磁场电流大小的PLC控制的D/A模块，磁场电流表，磁场电流隔离传感器，磁场欠流的检测电路。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的激励腔中无调配螺钉，磁控管插入深度为92.5mm，磁控管与短路面的距离为280mm。

以上所述的L波段的大功率微波能发生器，所述的电路部分安装有通讯模块，通讯模块与PC机或上位机相连，外部接口为RS-485；通讯协议为Modbus协议，可以实现远程控制，智能化程度高，工作效率高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，它包括，电路部分和微波器件部分，所述的电路部分包括控制保护电路，阳极电源，灯丝电源，磁场电源，所述的微波器件部分包括磁控管（1），电磁铁（2），上极靴（3），下极靴（4）和激励腔（5）。

2.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的控制保护电路由PLC可编程控制器控制。

3.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的的控制保护电路包括低压控制回路和高压控制回路。

4.根据权利要求3所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的低压控制回路包括断路保护器，低压开关，零位开关，水流开关和交流接触器；所述的高压控制回路包括高压保险器，高压开关，磁场板内欠流触点，温度开关，应用器门开关，磁场板内阳极电流过荷辅助触点，交流接触器和高压过流继电器。

5.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的阳极电源包括三相变压器和高压硅堆；阳极电源的正端经电磁铁线包的部分绕组接到磁控管的阳极，阳极电源的负极接到磁控管的灯丝，从而产生负高压。

6.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的灯丝电源包括断路保护器，灯丝电流表，灯丝电流隔离传感器，调压模块和灯丝变压器，以及用于控制灯丝电流的大小的PLC控制的D/A模块。

7.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的磁场电源包括磁场开关电源，调节磁场电流大小的PLC控制的D/A模块，磁场电流表，磁场电流隔离传感器，磁场欠流的检测电路。

8.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的激励腔中无调配螺钉，磁控管插入深度为91至95mm，磁控管与短路面的距离为280mm。

9.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的电路部分安装有通讯模块，通讯模块与PC机或上位机相连。

10.根据权利要求1所述的L波段的大功率微波能发生器，其特征在于，所述的电路部分由三相电源供电。

Images