Konfiguration und Auswahl von Mikrowellengeneratoren

Konfiguration und
Auswahl von
Mikrowellengeneratoren
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Mikrowellengeneratoren
Konfiguration und Auswahl von Mikrowellengeneratoren:
Mikrowellengeneratoren sind Komplettlösungen, die dazu
bestimmt sind Mikrowellenleistung zu generieren und zu
übertragen.
Zwei Konfigurationen sind gängig:
n
Komplett-Mikrowellengeneratoren oder
n
modulare Mikrowellensysteme
Beispiel für einen kompletten
Ein kompletter Mikrowellengenerator wird in einem
Mikrowellengenerator: MG0500D-210TC
einzigen Gehäuse, das alle Generatorsysteme und
Subkomponenten enthält, geliefert.
Im Falle eines modularen Mikrowellensystems werden
einzelne Komponenten geliefert, wozu unter anderem das
Netzteil, der Magnetronkopf und ein Kabelset gehört.
Dieses Set kann aber noch erweitert werden.
Beide Systeme folgen aber dem gleichen grundlegenden
Installationsschema:
Beispiel für ein modulares
Mikrowellensystem: MX-Stromversorgung
Anschließen des externen Hohlleiters, Anbinden an das
MX2000D-112KL und ein Magnetronkopf
lokale Stromnetz, Anschließen der Kühlwasserleitungen
MH2000S-215BB
und des Feldbus.
Ein typisches Mikrowellensystem ist auf dem nachfolgenden Bild dargestellt:
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Komponenten von
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Mikrowellenstromversorgungen:
Die Stromversorgung liefert die Spannung und den Strom ans Magnetron, und in Abhängigkeit
vom Design bietet sie auch die Feldbus-Schnittstelle für die Systemsteuerung oder die Einbindung
in ein größeres System an. Die am häufigsten in der Mikrowellenerwärmung genutzten
Netzteiltypen umfassen Schaltnetzteile, konventionelle / induktive (LC) Netzteile und
Pulsnetzteile. Oftmals bestimmt die Anwendung, welcher Netzteiltyp am geeignetsten ist, aber
auch die Kosten sind ein nicht unwesentliches Auswahlkriterium.
n
Schaltnetzteile wandeln eine eingehende
Wechselspannung in einen einstellbaren Gleichstrom mit
geringer Welligkeit um. Die größten Vorteile von
Schaltnetzteilen sind deren kompakte Bauweise, Stabilität
und Strom mit geringer Welligkeit, wodurch ein qualitativ
hochwertiges Ausgabespektrum mit enger Bandbreite
erzielt werden kann.
[MX-Serie: Schaltnetzteile]
n
Konventionelle / Induktive (LC) Stromversorgungen
werden in verschiedenen Varianten angeboten, sind in
ihrem Aufbau aber ähnlich. Sie beinhalten
Hochspannungs- und Heiztransformatoren,
Kondensatoren und Dioden. Die gängigsten Typen
beinhalten Einweg-, Zweiweg- oder
Brückengleichrichtung. Die Vorteile der induktiven
Stromversorgungen liegen in deren robuster Bauweise
und den vergleichsweise niedrigen Kosten in Bezug auf
Schalt- oder Pulsnetzteile. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass
die Geräte auch bei verhältnismäßig schlechten
Umgebungsbedingungen betrieben werden können.
[MC-Serie: LC-Stromversorgung])
Beispiel für ein Schaltnetzteil:
MX2000X-112KL
Beispiel für eine LCMikrowellenstromversorgung
MC3000B-114AA
n
Puls-Stromversorgungen verkörpern die neueste
Technologie für Mikrowellenstromversorgungen. Wie ihr
Name vermuten lässt, sind diese Geräte in der Lage ein
Magnetron im Pulsmodus zu betreiben, wodurch innerhalb
eines bestimmten Zeitraumes höhere Spitzenausgangsleistungen erreicht werden können. Viele
Pulsstromversorgungen bieten aber auch die Möglichkeit
das Magnetron nicht gepulst sondern beständig zu
betreiben.
[MP-Serie: Puls-Stromversorgungen]
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Beispiel für eine Puls-Stromversorgung
MP1003G-112UL
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Magnetronkopf:
Der Magnetronkopf besteht aus einem Magnetron, einem Hohlleiter-Launcher und einem
Heiztransformator. Für die Erzeugung und Übertragung von Mikrowellenenergie wird alles
miteinander verbunden und vorverdrahtet. Alle Zubehörkomponenten sind so gestaltet, dass
diese größtmögliche Stabilität und Systemeffizienz gewährleisten. Magnetronköpfe können,
basierend auf der Anwendung und anderen Anwenderspezifikationen, mit vielen verschiedenen
Optionen und in verschiedensten Konfigurationen geliefert werden.
[MH-Serie: Magnetronköpfe]
Magnetronkopf MH2000F-216CM,
MH-Serie 2450 MHz, offene Bauweise
Magnetronkopf MH2000S-215BB,
Kompaktkopf, MH-Serie, 2450 MHz
Magnetronkopf MH020KS-310CN
Mikrowellenleistungskopf, MH-Serie, 2450 MHz
Magnetronkopf MH100KS-510CF
Mikrowellenleistungskopf, MH-Serie, 915 MHz
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Hohlleiterkomponenten:
Aus verschiedenen Gründen kann es notwendig werden, der Mikrowellenübertragungsstrecke
verschiedene zusätzliche Hohlleiterkomponenten hinzuzufügen. Die gängigsten
Hohlleiterkomponenten werden nachfolgend beschrieben und deren Position ist in der Abbildung
zum Aufbau der Mikrowellenanlage illustriert (Siehe Abbildung auf Seite 1)
Isolatoren / Zirkulatoren:
Ein Hohlleiter-Zirkulator ist ein Gerät mit drei Anschlüssen und
Ferrittechnologie (Magnete) für die gezielte Weiterleitung der
Mikrowelle zu einem bestimmten Anschluss in Abhängigkeit der
Ausbreitungsrichtung der Mikrowelle. Ein Isolator ist ein
Zirkulator mit einer absorbierenden Last an einem Anschluss.
Ein Isolator erfüllt innerhalb eines Mikrowellenkreises zwei
Hauptfunktionen:
Isolator MW1006A-210EC 6 kW /
1. Er schützt das Magnetron vor reflektierter
2450 MHz / WR 340
Mikrowellenleistung.
2. Er versorgt das Magnetron mit einer abgestimmten Last
für die effektive Erzeugung von Mikrowellenenergie.
In der Standardkonfiguration sind die Isolatoren in
unmittelbarer Nähe zum Magnetron (Magntronkopf) montiert
(Siehe Abbildung auf Seite 1).
Leistungskoppler:
Ein Leistungskoppler ist eine Wellenleiterkomponente, die
dazu dient Leistung aus dem Übertragungswellenleiter
abzufragen, um Frequenzen, Leistungen oder andere
Leistungsparameter des Systems zu messen. Meist werden
die Gleichrichter aber dazu verwendet, um die
Vorwärtsleistung und/oder die reflektierte Leistung zu
messen. Sie geben ein abgeschwächtes RF-Signal aus, das
auf verschiedene Art und Weise gemessen werden kann. Das
typischste Verfahren ist die abgefragte Leistung mit einem
Power-Meter und einem an den Messport des
Leistungskopplers montierten Leistungssensors zu messen.
Der Leistungssensor, der für ein bestimmtes Frequenzband
und Dämpfungspegel kalibriert wurde, interpretiert das Signal
am Ausgang des Kopplers und leitet diese Information an das
Power-Meter weiter, wo dieses angezeigt wird. Ein anderes
Verfahren ist die Verwendung einer Detektordiode, die an den
Messanschluss des Kopplers montiert wird. Die Diode gibt
eine, üblicherweise im mV-Bereich liegende, Spannung aus,
die proportional zur aufgenommen Energie ist. Die
Ausgangsleistung kann anhand eines für die Diode
charakteristischen Diagramms abgelesen werden.
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Zirkulator 1200197 100 kW /
915 MHz / WR 975
Leistungskoppler MW7010A-260FD
2450 MHz / WR 284
Leistungskoppler MW7018A-260CD
915 MHz / WR 975
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Hohlleiterkomponenten:
Tuner
Ein Hohlleiter-Tuner wird verwendet, um die
Lastimpedanz an die Quellimpedanz anzupassen,
wodurch die reflektierte Leistung verringert und die
Leistung, die ins Produkt (die Last) einkoppeln kann
maximiert wird. Ein Tuner dient zur Impedanzanpassung,
bei dem mittels Metallstiften, die unterschiedlich tief in den
Hohlleiter gefahren werden können, eine Beeinflussung
des elektromagnetischen Feldes im Inneren des
Hohlleiters vorgenommen werden kann.Einerseits gibt es
„manuelle“ Tuner. Hierbei werden die Stifte von Hand in
den Hohlleiter gedreht. Andererseits gibt es die
„Automatiktuner“, bei denen die Stifte an einen
Schrittmotor gekoppelt sind, der wiederum einem
Algorithmus unterliegt und die Stifte automatisch ein- und
ausfährt, um den besten Leistungstransfer zu
ermöglichen
3-Stift-Tuner MW2010A-260EF
2450 MHz / WR 340
3-Stift-Tuner MW2006A-260CF
896 MHz / 915 MHz / WR 975
Autotuner MW2008H-260EC TRISTAN / 2450 MHz / WR 340 / 20 kW
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Motor-Tuner MW2004J-260ED
2450 MHz / WR 340
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Hohlleiterkomponenten:
Hohlleiter:
De Griöße des Hohlleiters hängt von der Betriebsfrequenz, der Nennleistung und den Kosten ab.
In Tabelle 1 sind die in industriellen Mikrowellensystemen genutzten gängigen Hohlleitergrößen
aufgeführt.
Die ISM (Industriellen, Wissenschaftlichen und Medizinischen) Frequenzen sind die gängigsten
für die Mikrowellenerwärmung, einschließlich 2450 MHz (S-Band), 915 / 896 / 922 MHz (L-Band)
und 5,8 GHz (C-Band).
Frequenzband
Frequenzbereich
L
S
1 - 2 GHZ
2 - 4 GHz
C
4 - 8 GHz
Hohlleitergröße
EIA (USA)
IEC
(Europa)
WR975
WR430
WR340
WR284
WR159
R9
R22
R26
R32
R58
Tabelle 1:
Zwar gibt es keine veröffentlichte Standard-Hohlleitergröße, für ein 2450 MHz-System, werden
WR284 und WR340 am häufigsten für die Leistungsklasse bis 10 kW und WR340 für die
Leistungsstufen zwischen 15 kW bis 30 kW eingesetzt. Zu jeder gängigen Hohlleitergröße gibt es
den passenden Flansch, für Anwendungen in der industriellen Erwärmung nutzt man
üblicherweise den flachen Kontaktflansch und der Drosselflansch ist gängiger für
Kommunikationsanwendungen.
Hohlleitermaterial:
Ein Hohlleiter wird meist aus Aluminium, Kupfer oder Edelstahl hergestellt, wobei Aluminium, auf
Grund seiner Leistungsparameter und der geringen Kosten, am häufigsten zum Einsatz kommt.
Kupfer wird für spezielle Anwendungen, bei denen Leitfähigkeit und Wärmeverlust von besonderer
Bedeutung sind, benötigt. Edelstahl wird sehr oft in der Lebensmittelverarbeitung genutzt oder
auch für pharmazeutische Anwendungen, bei denen in besonderem Maße auf Hygiene geachtet
werden muss.
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Mikrowellensystementwurf:
Der Entwurf des Mikrowellensystems beginnt mit der Bestimmung der beiden Hauptkomponenten,
der Mikrowellenquelle und der Last / dem Prozessraum.
Betrachtungen zur Mikrowellenquelle:
1 Frequenz
2 Ausgabeleistung
3 Frequenzstabilität / Welligkeit am Ausgang
4 Form
5 Steuerung
6 Kosten
Betrachtungen zur Last bzw. dem Prozessraum:
1 Art des Prozessraums
a. Multi-Mode
b. Resonanz
2 Art des Applikators
Es sollte hierbei in Erwägung gezogen werden, dass eine Vielzahl von Faktoren in Abhängigkeit
zur Art der geplanten Verwendung den Entwurf und geeigneten Mikrowellengenerator
beeinflussen. Die MUEGGE GmbH verfügt über einen reichhaltigen Erfahrungsschatz in Bezug
auf den Entwurf, die Integration und Fertigung kompletter Mikrowellengeneratorsysteme,
Magnetronköpfe, Stromversorgungen, Hohlleiterkomponenten und Applikatoren. Unsere
Mikrowelleningenieure, Plasmaphysiker, Verfahrenstechniker und Systemexperten stehen Ihnen
mit Rat und Tat zur Seite, so dass Sie für Ihre jeweilige Anwendung das beste Mikrowellensystem
und die dazu passenden Komponenten erhalten
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Über die MUEGGE GmbH:
Die MUEGGE GmbH ist ein weltweit führender Hersteller und Anbieter für industrielle
Plasmasysteme, Mikrowellensysteme für die industrielle Erwärmung und alle zugehörigen
Komponenten. Seit über 25 Jahren werden bei MUEGGE qualitativ hochwertige CW- und
Pulslösungen für Anwendungen mit einem Leistungsbedarf zwischen 300 W bis zu 100 kW und
Frequenzen von 915 MHz, 2.450 MHz und 5.800 MHz entwickelt, produziert und geliefert.
MUEGGE entwickelt auch weiterhin führende Lösungen für den industriellen Einsatz von
Mikrowellen und bindet diese in neueste Technologien ein. Die MUEGGE GmbH kann mit ihren
durchdachten Systemen, Anlagen und Verfahren auch den höchsten Ansprüchen gerecht werden
und bietet ein umfassendes Spektrum basierend auf unserer wissenschaftlichen und technischen
Erfahrung.
Das Angebotsspektrum der MUEGGE GmbH reicht von der Beratung bei der Verfahrenstechnik
über das Entwerfen von Anlagensystemen bis hin zu deren Konstruktion, Montage und
Inbetriebnahme. Das Produktportfolio umfasst sowohl Komponenten als auch Plasmaquellen auf
Basis von Mikrowellenplasma, wie die Hochleistungs-RPS zur Erzeugung von Radikalen (Rapid
Reactive Radicals Technology, R3T®) für die Verwendung in der Halbleiterindustrie.
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