전자레인지 트랜스(Trans ; 변압기) : Magnetron(자기자) 구동

[석수]

마그네트론Magnetron

고출력 2극 진공관으로 강한 극초단파 전자기파를 만들어내는 진공관

마그네트론 발진기(Magnetron oscillator)는 전기장과 자기장이 서로 수직으로 인가되는 교차장(Crossed field)이 존재하는 고진공속에서 발생된 전자빔(Electron beam)의 전기에너지를 고출력 전자기파(Electromagnetic wave) 에너지로 변환하여 방사하는 고효율, 고출력의 전자기파 발생장치다.


마그네트론 발진기는 1930년대 최초로 고안되었고, 제2차 세계대전을 기점으로 레이더(Radar) 응용을 위해 영국과 미국을 중심으로 본격적으로 연구개발 되었으며, 그 후 전자기파의 정보 전달과 에너지 전달의 특성을 이용한 산업, 국방, 의료, 환경, 과학, 에너지 분야 등에 응용되어 다양하게 사용되고 있다.


마그네트론 발진기는 전자빔을 발생시키는 음극(Cathode)과 일정한 동작주파수를 갖는 공진회로(Resonator), 그리고 공진회로에서 발생된 전자기파를 외부로 방사시키기 위한 안테나 구조를 갖는 출력부로 구성되어 있다.


음극과 양극 (Anode) 사이에 인가된 DC전압에 의한 전기장과 축 방향으로 인가된 자기장에 의하여, 음극에서 발생된 전자빔은 로렌츠 힘 (Lorentz force)에 의해 각 방향으로 회전운동을 하게 된다.


이때, 회전 운동하는 전자빔은 공진회로와 특정 주파수에서 공진이 일어나고, 이후 AC 성분을 갖게 된다. 이러한, 전자빔이 갖는 AC 성분에 의하여 공진회로 안에서 동작주파수를 갖는 전자기파가 발생되고, 발생된 전자기파는 안테나로 구성된 출력부를 통해 외부로 방사된다.

마그네트론 발진기에서 발생되는 전자기파의 주파수는 공진을 일으키는 조건에 따라 마이크로파(Microwave) 대역부터 테라헤르츠파(Terahertz wave) 대역까지의 전자기파를 발생시킬 수 있다. 마그네트론 발진기의 응용 분야는 동작 주파수와 출력에 따라 여러 분야에 상용된다. 915 MHz : 마그네트론 발진기를 이용한 대형식품 조리/해동을 위한 산업용 해동/가열 시스템, 마이크로파 플라스마 토치 2.45 GHz : 대역의 마그네트론 발진기를 적용한 전자레인지(Microwave oven), 플라스마 조명장치, 반도체 공정장비, 의료용 가속기 9.5 GHz와 35 GHz : 선박, 기상, 항공용 레이더 응용. 또한, 최근에는 Pulsed DNP(Dynamic Nuclear Polarization)을 위한 전자스핀공명(Electron spin resonance) 응용과 보안 검색용 이미징을 위하여 테라헤르츠파(Terahertz wave) 대역의 마그네트론 발진기의 개발 및 응용이 연구되고 있다.


전자레인지의 응용은 마그네트론 발진기에서 발생된 마이크로파 에너지를 이용하여 음식 등을 가열하는 것은 유전체를 가열하는 원리가 적용된 것이다. 전자레인지에 이용되는 마그네트론이 현재 대량생산되는 유일한 진공관이다.

강력한 고주파를 발생시키는 진공관 전자부품. 자전관(磁電管)이라고도 한다.

https://youtu.be/5DpYlnHT-0s?si=ORUG4CE6L6n2Xjs6

진공관의 중심에 음극을, 주변에 금속제 양극을 배치하고 고압전기를 걸면 열전자 방출 효과로 전자가 가속되는데 그 전자를 강력한 자기장으로 궤도를 휘게 하면 제동복사에 의해 잃어버리는 에너지 만큼 전자기파가 발생한다.


그 주변의 금속제 양극에 일정한 간격으로 틈이나 구멍을 뚫은 빈 공간을 방사상으로 배치하면 헬름홀츠 공명에 의해 그 공간의 공명 주파수에 해당하는 주파수의 전파만 증폭되어 강력하고 안정적인 GHz 대의 마이크로파 영역의 고주파를 발생시킬 수 있다.

최근 생산되는 마그네트론은 필라멘트에 토륨을 섞어 고주파 발생 효율을 높이기도 한다. 또한 마그네트론의 세라믹 절연체에는 산화베릴륨을 넣기도 한다.

이 때문에 마그네트론을 임의로 분해하면 토륨이나 베릴륨의 독성에 노출될 수 있으므로 마그네트론을 폐기할 때에는 주의해야 한다.



트랜스(변압기)

전자레인지 트랜스(고압 변압기)는 일반 가정용 전압(220V)을 수천 볼트의 고전압으로 변환해 마그네트론을 구동시키는 전자레인지의 핵심 부품입니다.

높은 위험성 때문에 일반인이 수리하는 것은 권장하지 않으며, 새 부품이나 수리 대안은 AliExpress 전자레인지 트랜스 검색 결과 및 쇼핑하우 전자렌지 트랜스 검색 결과에서 확인할 수 있습니다.

전자레인지 트랜스 개요


전자레인지 트랜스포머는 입력된 교류 전원을 승압하여 전자레인지 내부의 마그네트론에 고주파 전원을 공급하는 부품입니다. 이 부품이 고장 나면 음식이 데워지지 않거나 타는 냄새, 과열 등의 오작동이 발생합니다.

주요 특징 및 위험성

고전압 위험성: 수천 볼트의 고압 전류가 흐르기 때문에 감전 시 생명을 위협할 수 있는 매우 위험한 부품입니다. 제품을 분해하거나 전원이 연결된 상태에서 직접 만지는 것은 금물입니다.



https://youtu.be/SBsLR01PpXs?si=2J4mCP7IoK0qjcdW

자가 수리 주의: 트랜스 고장이 의심될 경우, 일반적인 부품 교체는 위험하므로 전문 수리 기사를 부르거나 중고나라 전자렌지 트랜스 거래 게시판 등을 통한 자가 수리는 안전에 유의해야 합니다.DIY 활용: 개조를 통해 자작 스폿용접기를 만드는 부품으로도 자주 활용됩니다.


관련 영상전자레인지 트랜스를 이용한 고출력 스폿용접기 자작 및 개조 과정: