Cấu tạo chi tiết của Magnetron
Gồm có các bộ phận:
Anod là phần đồng vịng cung bao quanh Catot, có lỗ hoặc khe được cắt tạo hình trịn, được gọi là khoang cộng hưởng.
Catot là tim đèn được nung nóng (một thanh kim loại rắn) ở trung tâm của Magnetron
Jack kết nối nguồn điện cao thế: nguồn điện cấp cho Magnetron có 2 nguồn. Nam châm vĩnh cửu hình xuyến được đặt ở hai đầu của lõi Magnetron có tác dụng tạo ra đường sức từ chạy dọc theo trục của Magnetron.
Trích xuất dao động hay đầu phát sóng (ăng-ten): là chi tiết trực tiếp phát ra sóng điện từ để được dẫn vào ngăn nấu lị vi sóng thơng qua ống dẫn sóng.
Bộ phận làm mát có tác dụng tản nhiệt trong q trình hoạt động của bóng cao tần.
Hộp lọc từ có tác dụng ngăn sóng điện từ rị rỉ qua đui nguồn phát ra ngoài. Miếng đệm là phần tiếp xúc với phần khớp của ống dẫn sóng.
Đui nguồn phát sóng là phần vật liệu cách điện cố định dây nguồn vào của bóng cao tần
Mặt lắp ráp là một mặt bích có tác dụng liên kết bóng cao tần vào khung lị vi sóng khi lắp ráp.
bộ nguồn của đuốc Plasma Hình 3.15: Đèn vi ba của lị vi sóng Thơng số kỹ thuật: - Công suất 1000W - Điện áp 220V, 50Hz - Tần số 2,450 MHz -Bước sóng cỡ 12,24 cm
- Biến áp: linh kiện có chức năng chuyển đổi nguồn điện thơng thường (220V) thành nguồn điện có điện cao áp 2000V, nguồn điện thấp áp 3V
Hình 3.16: Biến áp cao áp
Thông số kỹ thuật:
- Công suất biến áp: 1000W - Điện áp vào 220V AC
bộ nguồn của đuốc Plasma
- Chất liệu dây đồng 100%
- Tụ lị vi sóng (1 uF/2100V): có tác dụng nạp, xả dịng điện, tăng dòng điện cao thế cho nguồn phát sóng. Tụ cao áp có khả năng tích dịng điện lên tới 2100V
Hình 3.17: Tụ cao áp 1uF – 2100V
Thơng số kỹ thuật
- Model: CH85-21100 1uF - Điện dung: 1uF +-3%
- Điện áp max: 2100VAC 50/60Hz - Kích thước: 50x 30x 85mm - Khối lượng: 150g
- Diode chỉnh lưu (diode tiếp âm): là diode 1 chiều có tác dụng đưa dịng điện dương xuống đất và giữ lại điện áp âm.
Hình 3.18: Diode lị vi sóng CL01 T3512
Thơng số kĩ thuật
bộ nguồn của đuốc Plasma
- Loại diode cao áp.
Nguyên lý hoạt động của mạch:
Điện áp 220V AC được cấp từ bo mạch điều khiển vào cuộn sơ cấp của biến áp. Cuộn thứ cấp thứ nhất là cuộn cao áp lấy ra 2000V đặt vào Catot của bóng Magnetron và một cuộn thấp áp lấy ra điện áp AC 3V để ni cho bóng Magnetron (nung nóng cho tim đèn có sợi đốt bên trong hay cịn gọi là Catot). Ở nửa chu kỳ đầu (chân nối Mass của cuộn cao áp sẽ mang điện tích âm) điện áp dương sẽ nạp vào cực dương của tụ, diode thông mạch dẫn dịng đi xuống đất, khi đó trên tụ C được nạp tới điện áp đỉnh (tích được khoảng 2000V DC), đến nửa chu kỳ sau (chân nối Mass của cuộn cao áp sẽ mang điện tích dương), diode phân cực ngược và khơng cho dịng điện đi qua, điện áp âm sẽ được đặt vào Catot của bóng, lúc này điện áp ở vỏ bóng sẽ mang điện áp dương, khi đó chênh lệch giữa vỏ bóng với sợi đốt sẽ rơi vào khoảng 4000V DC (điện áp này là tổng hợp của tụ điện và điện áp của cuộn cao áp ở nửa chu kỳ sau). Sợi đốt sẽ nóng lên (do nguồn ni 3V AC) trong môi trường chân không và bức xạ ra electron, cùng với sự chênh lệch điện áp giữa Anod (điện áp dương) và Catot (điện áp âm) nên các electron sẽ chuyển động từ Catot sang Anod.
3.2. Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn của đuốc Plasma
Hình 3.19: Sơ đồ bộ nguồn của đuốc Plasma
Trong mạch gồm có:
- Mạch trong khung màu xanh là mạch lọc nhiễu - Mạch trong khung màu đỏ là mạch khởi động - Timer và K là bộ điều chỉnh cơng suất
-Rơle nhiệt
Rơle nhiệt đặt trên magnetron có tác dụng ngắt mạch điện hoàn toàn khi nhiệt độ tăng quá 160C.
bộ nguồn của đuốc Plasma
Hình 3.20: Rơle nhiệt- Cầu trì cao áp - Cầu trì cao áp
Cầu trì cao áp bảo vệ biến áp cao áp bị quá tải.
Hình 3.21: Cầu chì cao áp 4kv – 0.5A
Thông số kỹ thuật: - Điện áp: 4KV - Dịng điện: 0.5A - Hình dáng: hình trụ - Chiều dài: 4cm - Đường kính ống: 1.15cm - Khối lượng: 5 gram
3.3. Nguyên lý hoạt động bộ nguồn của đuốc Plasma
Nguyên lý hoạt động của mạch:
Điện áp 220V AC cấp vào mạch lọc nhiễu cho ra điện áp có tần số ổn định, một cực điện áp đi qua rơle nhiệt. Cơng tắc K đóng, điều chỉnh núm cơng tắc để timer hoạt động, dòng điện đi qua role khởi động vào cuộn sơ cấp của biến áp. Cuộn thứ cấp thứ
bộ nguồn của đuốc Plasma
nhất là cuộn cao áp lấy ra 2000V đặt vào Catot của bóng Magnetron và một cuộn thấp áp lấy ra điện áp AC 3V để ni cho bóng Magnetron (nung nóng cho tim đèn có sợi đốt bên trong hay còn gọi là Catot). Ở nửa chu kỳ đầu (chân nối Mass của cuộn cao áp sẽ mang điện tích âm) điện áp dương đi qua cầu trì cao áp sẽ nạp vào cực dương của tụ, diode thơng mạch dẫn dịng đi xuống đất, khi đó trên tụ C được nạp tới điện áp đỉnh (tích được khoảng hơn 2000V DC), đến nửa chu kỳ sau (chân nối Mass của cuộn cao áp sẽ mang điện tích dương), diode phân cực ngược và khơng cho dòng điện đi qua, điện áp âm sẽ được đặt vào Catot của bóng, lúc này điện áp ở vỏ bóng sẽ mang điện áp dương, khi đó chênh lệch giữa vỏ bóng với sợi đốt sẽ rơi vào khoảng 4000V DC (điện áp này là tổng hợp của tụ điện và điện áp của cuộn cao áp ở nửa chu kỳ sau). Sợi đốt sẽ nóng lên (do nguồn ni 3V AC) trong môi trường chân không và bức xạ ra electron, cùng với sự chênh lệch điện áp giữa Anod (điện áp dương) và Catot (điện áp âm) nên các electron sẽ chuyển động từ Catot sang Anod. Magnetron phát ra sóng vi ba.
3.4. Đuốc Plasma cơng suất nhỏ ở áp suất khí quyển
Hình 3.22: Sơ đồ đuốc Plasma loại ống dẫn sóng hình cơn
Từ bộ nguồn Sóng điện từ được phát ra từ Magnetron bằng ăng-ten, sóng được đưa vào ống dẫn sóng.
Ống dẫn sóng là một ống kim loại rỗng dùng để truyền lan sóng điện từ. Khơng giống như cáp đồng trục, ống dẫn sóng khơng sử dụng dây dẫn trong. Giống như hàm ý trong tên của nó, ống dẫn sóng sử dụng ống để dẫn sóng từ nguồn tới đích.
Ống dẫn sóng hình chữ nhật là loại ống dẫn sóng được sử dụng phổ biến nhất. Chúng bao gồm một cấu trúc kim loại rỗng với mặt cắt ngang hình chữ nhật. Ống dẫn sóng hình chữ nhật thường được chế tạo với chiều dài a> b (có thể gọi a là độ rộng), trong đó b là chiều rộng (có thể gọi là độ cao) của hình chữ nhật
Loại ống dẫn sóng này được chế tạo bằng đồng hoặc nhơm, mặt trong của ống dẫn sóng thường được tráng bạc hoặc vàng, đồng hoặc lớp bạc mỏng tráng ở trong chúng phải làm bằng vật liệu dẫn điện tốt nhất có thể để giảm sự tổn hao.
bộ nguồn của đuốc Plasma
Hình 3.23: Ống dẫn sóng hình chữ nhật.
Sóng truyền trong ống dẫn sóng là sóng ngang, và vng góc với phương truyền sóng, khi đạt được sự cộng hưởng, sóng phản xạ được truyền theo cách là pha của nó trùng với pha sóng tới, tạo thành một dạng sóng dừng, tại điểm sóng bắt đầu phản xạ lại thì người ta sẽ tính được nơi nào có cường độ điện trường lớn nhất để đặt đuốc Plasma. Đây là trường hợp tốt để có năng suất nguồn siêu cao tần tối đa và nhiễu tối thiểu đối với một hệ truyền sóng siêu cao tần.
Từ bộ nguồn sóng điện từ được phát ra từ Magnetron bằng ăng-ten được đặt vào lỗ mở của phần ống dẫn sóng thứ nhất, được truyền theo chế độ chiếm ưu thế là T E10 (chế độ điện ngang), sóng truyền vng góc với phương truyền sóng, sóng điện được truyền đến cuối phần hộp cộng hưởng, tại đây sóng phản xạ lại giao thoa với sóng tới tạo thành sóng dừng, phần ống dẫn sóng được thiết kế hình cơn để đạt cơng suất vi sóng tốt hơn đầu vào, tại đây thì em tính được điểm đặt lỗ mở và em đặt một vòi phun bằng thạch anh ở nơi có cường độ điện trường mạnh nhất kết hợp cùng với khí cơng tác, cường độ điện trường cực mạnh ở vịi phun làm khí cơng tác bị ion hóa, tạo lên ngọn đuốc Plasma và duy trì nó.
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1. Kết luận:
Bài báo cáo trên đã thiết kế được bộ nguồn cung cấp cho đuốc plasma và cách tạo ra đuốc plasma ở công suất nhỏ. Qua quá trình nghiên cứu và thiết kế em đã học hỏi được nhiều kiến thức mới về năng lượng cao tần. Đề tài cũng là tạo lên một hướng đi mới mẻ cho nền công nghệ xử lý rác thải của nước nhà. Dưới đây là một số ảnh đã được chế tạo ra đuốc plasma ở phịng thí nghiệm của Cơng ty cơng nghệ PLAB (Hà Nội).
2. Hạn chế:
Mặc dù đã rất cố gắng trong việc nghiên cứu thực hiện đồ án, nhưng thời gian và hiểu biết của em còn hạn chế nên việc nghiên cứu chỉ dừng lại mức đơn giản và chưa được tối ưu.
3. Phát triển của đề tài:
Để điều chỉnh đuốc có cơng suất được trơn tru và có độ chính xác cao hơn có thể đổi bộ điều khiển timer cơ học sang dùng sử dụng Arduino Nano làm thiết bị điều khiển.
Khơng dừng lại ở đuốc Plasma có cơng suất nhỏ, mà tiến tới đuốc Plasma có mức cơng suất lớn hơn để áp dụng vào hiện thực góp phần giải quyết được nạn rác thải của nước ta hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Pi, "VIỆN CÔNG NGHỆ VINIT," 22 october 2017. [Online]. Available: https://vinit.com.vn/cong-nghe-plasma-va-quan-ly-chat-thai/.
2. "Tạp Chí Tuyên Giáo Trung Ương," 27 11 2021. [Online]. Available: https://tuyengiao.vn/khoa-giao/moi-truong/nhung-van-de-moi-truong-cap-bach-cua- viet-nam-thuc-trang-xu-the-thach-thuc-va-giai-phap-137173.
3. Lesics, Director, Magnetron, How does it work?. [Film]. Ấn Độ.2020.
4. H. T. T. Phạm Quỳnh Nhi, "DÙNG LỊ VI SĨNG TẠO RA PLASMA ĐỂ KHỬ TRÙNG," Hà Nội, 2014.
5. P. N. N. B. C. Chaichumporn *, "Thiết kế và xây dựng nguồn Plasma vi sóng 2,45 GHz ở áp suất khí," Thái Lan, 2010.
6. K.-Y. Lee, "ResearchGate," November 2003. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/200621330_Sterilization_using_microwave- induced_argon_plasma_system_at_atmospheric_pressure.
7. K. H. Wencong Zhang, "ResearchGate," April 2019. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/332160545_Propagating_modes_of_the_trav elling_wave_in_a_microwave_plasma_torch_with_metallic_enclosure.
8. N. G. A. B. Waqas Toor, "ResearchGate," June 2018. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/261759398_ATMOSPHERIC_PRESSURE_ MICROWAVE_PLASMA_SYSTEM_AND_ITS_APPLICATIONS.
9. M. L. d. S. Júlio Paulo Henriques, "ResearchGate," November 2012. [Online].
Available:
https://www.researchgate.net/publication/255796757_Microwave_plasma_source_ope rating_with_atmospheric_pressure_air-water_mixtures.
10. R. E. Spencer P. Kuo, "PORTABLE ARC-SEEDED MICROWAVE," US, 2004.
11. T. Đ. T. T. THẢO, TỔ CHỨC MẠNG VIỄN THÔNG, Thái Nguyên, 2004. 12. Klemen, "MICROWAVE STEAM PLASMA GASIFICATION," 2015. 13. P. c. nhiệm, Director, Magnetron - Cấu tạo và Nguyên lý phát ra dao động