Çok-magnetronlu yüksek sıcaklık mikrodalga fırının tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of a high temperature multi-magnetron microwave oven
Yazar: AHMET ÖZMEN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dalga kılavuzları = Waveguides ; Magnetron = Magnetron ; Makine tasarımı = Machine design ; Mikrodalga fırın = Microwave oven

Özet:
Amaç: Bu çalışma yüksek sıcaklıklara çıkabilen çok magnetronlu fırını tasarlanıp simule edilmesini ve üretilmesinin amaçlamaktadır.

Yöntem: Bu çalışmada magnetronda üretilen elektromanyetik dalgayı taşımak için uygun dalga kılavuzu ve magnetronların birbirlerini etkilememesi için konumları tasarlanıp simülasyonları yapılmıştır. Simülasyon sonuçlarından saçılma parametreleri, elektrik alan dağılımları ve güç yoğunluğu analizleri yapılmış ve tasarımın son hali üretilmiştir. Üretilen mikrodalga fırının güç beslemesi SSR tabanlı güç kontrol yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık ölçümleri termokupl ile radyasyondan etkilenmeyen topraksız-kapalı kılıf yöntemi ile gerçekleştirilmiştir.

Bulgular: Dalga kılavuzlarının 2,45 GHz değerinde elektromanyetik dalgayı taşıyabilmesi için kılavuzun uzun kenarının 76mm'den büyük olması gerektiği simülasyon sonuçlarından bulunmuştur. Magnetronların karşılıklı simetrik olarak yerleştirilme durumlarında S21 saçılma parametresinin -6 dB olmuşken, birbirlerine göre 90° açı ile yerleştirilen magnetronlarda bu değer (a=101 mm, b=50,5 mm ve l=80 mm) 186,79 dB olmuştur. Tek magnetron ile sıcaklık 60 saniyede ̴̴ 90 ºC ye çıkarken, magnetron sayısı artıkça sırası ile   ̴̴ 130 ºC, ̴̴ 200 ºC, ̴̴ 390 ºC değerlerine ulaşılmıştır. Magnetronların dördü çalışırken 800 saniyede kontrollü olarak 800 ºC'ye çıkılmıştır. Üretilen fırının mikrodalga kaçak ölçümlerde en yüksek 1,07 mW/cm2 değerine çıktığı saptanmıştır.

Sonuç: Çok magnetronlu mikrodalga fırınların, dalga kılavuzlarının konumların doğru seçilmesi ile yüksek sıcaklıklara kısa sürelerde çıkılabileceği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Purpose: This study aims to design, simulate and manufacture a multi-magnetron furnace that can reach high temperatures.

Method: In this study, the appropriate waveguide to carry the electromagnetic wave produced in the magnetron and the positions of the magnetrons are designed and simulated so that they do not affect each other. Scattering parameters, electric field distributions and power density analyzes were made from the simulation results and the final version of the design was produced. The produced microwave oven feed was carried out with SSR-based power control method. Temperature measurements were carried out with a thermocouple using the groundless-closed sheath method, which is not affected by radiation.

Findings: It has been found from the simulation results that the long side of the guide must be larger than 76mm in order for the waveguides to carry the electromagnetic wave of 2,45 GHz. While the scattering parameter S21 was -6 dB in the cases where the magnetrons were placed mutually symmetrically, this value was 186.79 dB in the magnetrons placed at an angle of 90° to each other (a=101 mm, b=50,5 mm and l=80 mm). While the temperature increased to ̴̴ 90 ºC in 60 seconds with a single magnetron, the values of ̴̴ 130 ºC, ̴̴ 200 ºC and ̴̴ 390 ºC were reached as the number of magnetrons increased, respectively. While four of the magnetrons were operating, it was increased to 800 ºC in 800 seconds in a controlled manner. It was determined that the produced oven reached the highest value of 1,07 mW/cm2 in microwave leakage measurements.

Results: It has been observed that high temperatures can be reached in a short time by choosing the correct positions of the waveguides of multi-magnetron microwave ovens.