DE2261140B2 - Überstrom-Schutzeinrichtung für elektrische Schaltungen für Magnetron-Speisestromkreise oder Radargeräte - Google Patents
Überstrom-Schutzeinrichtung für elektrische Schaltungen für Magnetron-Speisestromkreise oder RadargeräteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Oberstrom-Schutzeinrichtung für elektrische Schaltungen, in denen ein
Hochspannungstransformator mit galvanisch getrennten Wicklungen enthalten ist, von welchen die
Primärwicklung mittels ehies sie mit der speisenden Niederspannungsquelle verbindenden Schaltgliedes abschaltbar
ist, das durch ein stromemp .ndliches Element
im Hochspannung führenden Sekundärkreis betätigbar ist
Eine Überstrom- Schutzeinrichtung der vorstehend genannten Art die beispielsweise aus BBC-Nachrichten
46 (1964), Seiten 414 bis 416, bekannt ist, weist einen im Primärkreis liegenden N.etzschalter auf, der mit Hilfe
eines von einem Shunt im Sekundärkreis abgeleiteten Signals unter Zwischenschaltung von Umwandlungsgliedern mit Hilfe seiner elektromagnetischen Auslöseeinrichtung ausgelöst wird, wenn der Sekundärstrom
einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Der für die Überstromabschaltung des Primärkreises aufgrund
eines einen Grenzwert übersteigenden Stroms im Sekundärkreis erforderliche Aufwand ist somit verhältnismäßig
groß. Nichtsdestoweniger läßt sich die so
elektrische Anlage dennoch ohne weiteres erneut einschalten, ohne daß der Fehler, der zu dem zu hohen
Stromwert im Sekundärkreis geführt hat, vorher beseitigt ist, wenn nicht zu den bereits umfangreichen
Hilfsmitteln weitere Hilfsmittel hinzutreten.
Demgemäß soll durch die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, eine Schutzeinrichtung für elektrische
Schaltungen für Magnetron-Speisestromkreise von Mikrowellen-Erhitzungsgeräten, Radargeräten oder
dergleichen, mit einem Hochspannungstransformator, dessen Primärwicklung an eine Spannungsquelle gelegt
ist und dessen insbesondere von der Primärwicklung isolierte Sekundärwicklung in Schaltkreisen zur Erzeugung hoher Ausgangsspannungen gelegen ist, derart
auszubilden, daß Beschädigungen an kostspieligen Hochfrequenzgeneratoren, beispielsweise an Magnetrons,
an Hochspannungstransformatoren und an Bauteilen der Gleichrichterschaltungen sicher vermieden
werden können. Auch soll die Gefahr eines unsicheren Betriebes dadurch ausgeschlossen werden,
daß nur nach Prüfung des von der Schutzeinrichtung abgeschalteten Gerätes auf Fehler durch Wartungspersonen
dieses erst danach wieder in Betrieb genommen werden kann. Von besonderer Bedeutung ist die Lösung
der vorstehend genannten Aufgabe bei der Verwendung von Hochspannungstransformatoren mit sättigbarem
Kern.
Die Lösung* der vorstehend genannten Aufgabe ist besonders wichtig, da Magnetron-Speisestromkreise
von Mikrowellenofen oder Radargeräte in vielen Fällen von elektrotechnisch nicht oder wenig geschulten
Personen in nicht besonders abgesperrter Umgebung benutzt werden, so daß der Betrieb mit fehlerhafter,
Hochspannung führender Sekundärseite für die die Geräte benutzenden Personen tödliche Folgen haben
kann, insbesondere weil die Hochspannung mit beträchtlicher Energie gekoppelt ist
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt in der Weise, daß für die Magnetron-Speisestromkreise
von Mikrowellenöfen oder Radargeräten das stromempfindliche Element ein den Sekundärstrom führender
Heizwiderstand ist und daß das Schaltglied eine durch die Wärmeabgabe des Heizwiderstandes bei einem
Schwellwert die Öffnungsschaltbewegung des Schaltgliedes freigebende Schmelzpatrone enthält, die von
dem Heizwiderstand elektrisch isoliert jedoch mit ihm gut wärmeleitend verbunden ist
Eine aufgrund von Übererwärmung einmal ausgelöste Schalteinrichtung, bei der das Schaltglied die
Öffnungsschaltbewegung durchgeführt hat, kann somit nicht wieder eingeschaltet werden, da die das Schaltglied
in der geschlossenen Schaltstellung haltende Schmelzpatrone nicht mehr vorhanden ist. Die Überstrom-Schutzeinrichtung
muß also von einer geschulten Wartungsperson ausgetauscht werden, was nur dann erfolgt wenn die Störung beseitigt ist
Es ist vorteilhaft wenn der H'izwiderstand die
Schmelzpatrone muffenartig umgibt. Auf diese Weise wird ein gedrängter Aufbau erreicht, und ein großer Teil
der im Heizwiderstand erzeugten Wärmeenergie wird der Schmelzpatrone zugeführt.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher
erläutert. Es stellt dar
Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung,
F i g. 2 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht des Fühlers und des thermischen Ausschalters der
Schutzeinrichtung,
Fig.3 eine Explosionsdarstellung der wichtigsten Bauteile des Ausführungsbeispiels nach F i g. 2,
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Form eines thermischen Ausschalters für die Schutzeinrichtung im
geschlossenen Zustand und
F i g. 5 eine F i g. 4 entsprechende Darstellung des thermischen Ausschalters, jedoch im geöffneten Zustand.
In F i g. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels gezeigt, wie es in Verbindung mit
einem Mikrowellen-Erhitzungsgerät 10 verwendet werden kann. Die Hochspannungs-Speisestromkreise
sind mit Leitungen 14 und 16 über einen handbetätigbaren Ein- und Ausschalter 18 an eine Niederspannungsquelle üblicher Netzfrequenz geschlossen, die mit 12
bezeichnet ist Der Transformator 20 mit einem sättigbaren Kern besitzt eine sehr hohe Streureaktanz.
Die Primärwicklung 22 dieses Transformators ist an die
Leitungen 14 und 16 angeschlossen. Der thermische Ausschalter 24 der Schutzeinrichtung liegt in Reihe in
dem die Primärwicklung enthaltenden Stromkreis,
Eine Sekundärwicklung 26, welche von der Primärwicklung
22 elektrisch isoliert ist, steht mit dieser Primärwicklung in einem Windungsverhältnis von
beispielsweise 40; 1 bis 50: J, so daß eine Hochspannung
erzeugt wird, welche zur Speisung eines Magnetrongenerators 28 verwendet wird. Letzterer
kann an sich bekannter Bauart sein und besitzt eine Kathode 30, im allgemeinen eine Oxidschichtkathode
mit unmittelbar beheiztem Heizfaden, sowie eine Anode 32, welche eine Anzahl von Hohlraumresonatoren 34
begrenzt, die rund um die Kathode 30 angeordnet sind, is
Die Hochfrequenzenergie, welche von dem Magnetron 28 erzeugt wird, wird mittels einer Antenne oder Sonde
36 ausgekoppelt und gelangt Ober eine gebräuchliche Wellenleitung zu dem Ofengehäuse oder Ofenraum,
welcher von den leitfähigen Wänden des Mikrowellen-ErhitzuRgsgerätes
10 in allgemein üblicher Art umgrenzt wird.
Die Hochspannungs-Gleichrichterschaltung enthält einen Vollwellen-Spannungsverdoppler 38, der an die
Sekundärwicklung 26 angeschlossen ist Die Spannungs-Verdopplungsschaltung wiederum enthält die Halbleiterdioden
40 und 42, die in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise elektrisch vorgespannt sind. Außerdem
liegen in der Schaltung die Kondensatoren 44 und 46. Wenn während des Betriebes das mit der Leitung 48
verbundene Ende der Sekundärwicklung 26 positiv gehalten wird, so fließt durch die Halbleiterdiode 42 ein
Strom und lädt den Kondensator 46 auf die gewünschte Spannung auf. Während dieser Betriebsphase bleibt die
Halbleiterdiode 40 nichtleitend. Während der nächsten Halbwelle wird die Leitung 50 positiv, und der Strom
fließt durch die Diode 40, um den Kondensator 44 aufzuladen. In dieser Betriebsphase bleibt nun die Diode
42 nichtleitend. Die zwischen Anode und Kathode des Magnetrons 18 angelegte, gleichgerichtete Gesamt- ao
spannung ist daher die Summe der erwähnten Spannungen oder etwa das Zweifache der Spannung an
jedem der Kondensatoren 44 und 46. In Verbindung mit der vorgeschlagenen Schutzeinrichtung können aber
auch andere Hochspannungs-Gleichrichterschaltungen, etwa Halbwellen-Spannungsverdop^lungsschaltungen,
Spannungsverdreifacher oder Spannungsvervierfacher, zur Anwendung kommen.
Aufgrund der galvanischen Trennung der Sekundärwicklung
und der zugehörigen Stromkreise von der Primärwicklung des Transformators verursachen an
sich irgendwelche Fehler in den Bauteilen, etwa Kurzschlüsse am Magnetrongenerator, schadhafte Dioden
oder Kondensatoren und dergleichen, weiche zu einer Beschädigung oder einem gefährlichen Betriebszustand
führen, keine Erhöhung des Primärstromes, um einen üblichen Ausschalter oder eine Schmelzsicherung
auf Seiten der Spannungsquelle auszulösen. Ein Fehler in den Sekunda rseitigen Stromkreisen führt jedoch zu
einer Erhöhung des Stromes in diesem Schaltungsteil. Gerade dieser Stromanstieg wird aber mittels eines
Fühlers ausgewertet, der in Reihe in dem die Sekundärwicklung enthaltenden Stromkreis gelegen ist
und den thermisch betätigten Ausschalter 24 beaufschlagt, welcher in Hern Primär-Stromkreis gelegen ist.
Das in den F i g. 2 und 3 gezeigte, mit 52 bezeichnete Ausführungsbeispiel enihilt einen aus Draht gewickelten
Heizwiderstand 54. der Anschlüsse 56 und 58 besitzt, die in Reihe in die der Sekundärwicklung zugeordnete
Schaltung gelegt sind. Ein Anstieg des Sekundärstromes bewirkt eine Erhöhung der am Heizwiderstand Si
freiwerdenden Verlustleistung entsprechend dem Quadrat des Stromes. Auf diese Weise ist eine Wärmequelle
geschaffen, die dazu verwendet wird, den thermischen
Ausschalter 24 zu betätigen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hat der aus Draht gewickelte
Heizwiderstand 54 einen Wert von 4 Ohm und eine Verlustleistung von 5 Wutt Der den Widerstand
enthaltende Stromkreis führt normalerweise einen Strom von 1 A und liegt auf einer Spannung von etwa
8000V.
Ein Beispiel eines thermischen Ausschalters 62 ist zu einer Einheit mit dem Widerstandselement zusammengefügt
und mittels eines Isolierbandes oder Isolierrohres 60 gegenüber diesem isoliert Der Ausschalter 62 ist so
ausgelegt, daß er bei einem Temperaturanstieg von etwa 2000C anspricht Ein thermischer Begrenzer
enthält beispielsweise nichtleitenden Werkstoff, welcher bei einer vorbestimmten Temperatur rasch von
dem festen in den flüssigen Zustand übeigeht und einen
federbelasteten Kontakt betätigt, wodurch ein zugehöriger elektrischer Stromkreis geöffnet wird. Das
Isolierband 60 ist um den thermischen Ausschalter 62 gelegt, um diesen gegenüber dem Sekundärwicklungsstromkreis zu isolieren. Leitungen 64 und 66 stellen
zusammen mit Isolationshülsen 68 und 70 die Verbindungsanschlüsse des thermischen Ausschalters 62 zur
Verbindung mit der primärseitigen Schaltung mit den Leitungen 14 und 16 dar. Der auf der Seite der
Primärwicklung befindliche Stromkreis, der an den thermischen Ausschalter 62 angeschlossen ist, führt
normalerweise bei Nennbetrieb einen Strom von etwa 20A.
In den F i g. 4 und 5 ist der thermische Ausschalter 62 genauer dargestellt. Thermische Ausschalter dieser Art
sind zu einem im Handel allgemein erhältlichen Bauteil entwickelt worden und können so weit miniaturisiert
werden, daß bei einem praktischen Ausführungsbeispiel zum Schutz der Schaltung eines Mikrowellenofens ein
Bauelement eingesetzt werden kann, das eine Länge von 35 mm aufweist wobei ein aus Draht gewickelter
Widerstand 54 mit einem Innendurchmesser von etwa 4,8 mm zur Anwendung kommt In der Darstellung nach
F i g. 4 ist der thermische Ausschalter in der Schließstellung wiedergegeben. Der drahtförmige Leiter 64 ist von
einer Abdeckkappe 72 umgeben, welche an einem Ende eines Gehäuses 74 befestigt ist, während der drahtförmige
Leiter 66 an dem gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 74 angreift und leitend mit dem Gehäuse
verbunden ist. Eine Schmelzpatrone 78 aus einem nichtleitenden, bei bestimmter Temperatur rasch vom festen
in den flüssigen Aggregatzustand übergehenden Werkstoff liegt an einer Scheibe 76 an und drängt eine F?der
82 gegen ein scheibenförmiges Bauteil 86. An dem scheibenförmigen Bauteil 80 wiederum liegt ein
metallisches Stern-Kontaktstück 84 an, welches außerdem die Innenwände des elektrisch leitenden Gehäuses
74 und das nach innen weisende Ende des Leiters 64 berührt. Eine Feder 86 drückt das Kontaktstück 84 in die
entgegengesetzte Richtung und wird in dieser Lage durch eine keramische Durchführung 88 gehalten, durch
welche der Leiter 64 hindurchreicht Im Normalbetrieb führt der thermiscl r Ausschalter 62 den normalen,
durch die Primärwicklung des Transformators fließenden Strom, wobei der Strornweg vom Leiter 64 über das
Stern-Kontaktstück 84 und die Innenwände 74a des
Gehäuses 74 nahe der Schmelzpatrone 78 und schließlich über den gegenüberstehenden Leiter 66
führt
In fig.5 ist der thermische Ausschalter 62 in
Öffnungsstellung gezeigt, in welcher der der Primärwicklung zugeordnete Stromkreis ausgeschaltet ist,
nachdem vermittels des Widerstandes 54 ein Fehler in dem Sekundär-Stromkreis festgestellt wurde. Sobald
eine Schwellenwerttemperatur von beispielsweise !800C erreicht ist, zersetzt sich die Schmelzpatrone 78.
Der Stromkreis wird unterbrochen, wenn der Leiter 64 nicht mehr in Berührung mit dem Stern-Kontaktstück
84 steht, so daß die Schutzeinrichtung wirksam wird. Die
Abschaltung der gesamten elektrischen Stromkreise des Mikrowellenofens verhindert ernstliche Beschädigungen
an den Einrichtungsleilen sowie gefährliche
Betnebszustände. Man erkennt, daß sich die Feder 82 in dem in Fig. 5 gezeigten Betriebszustand entspannt hat
und daU die -Scheibe 7b an dem nach einwärts weisenden
Ende des Leiters 66 anliegt.
Auf diese Weise ist eine zuverlässig arbeitende Schutzeinrichtung für elektrische Schaltungen geschaffen,
welche Fehler in den Bauteilen festzustellen vermag, welche in einem Stromkreis liegen, der die
Sekundärwicklung eines Hochspannungstransformators mit sättigbarem Kern enthält. Ein Temperaturanstieg
aufgrund eines Anstieges des Stromes im Sekundär-Stromkreis bewirkt eine Abschaltung des Stromkreises
auf Seiten der Primärwicklung. Im Betrieb muß der
ίο thermische Ausschalter nicht die hohen sekundärseitigen
Spannungen aufnehmen, welche im Falle der Anwendung auf Mikrowellen-Erhitzungsgeräte mehrere
tausend Volt betragen. Für die Schaltung isl charakteristisch, daß bei einem Fehler in der Einrichtung
eine vollständige Abtrennung der Hochspannung-Speisestromkreise
von dem Speisenetz erfolgt. Eine Wiederinbetriebnahme des Ofens oder Gerätes kann
nur erfolgen, nachdem qualifiziertes Wartungspersonal das fehlerhafte Bauteil ausgetauscht und eine neue
w Schutzeinrichtung eingesetzt hat.
Claims (2)
- Patentansprüche:1, Überstrom-Schutzeinrichtung für elektrische Schaltungen, in denen ein Hochspannungstransformator mit galvanisch getrennten Wicklungen enthalten ist, von welchen die Primärwicklung mittels eines sie mit der speisenden Niederspannungsquelle verbindenden Schaltgliedes abschaltbar ist, das durch ein stromempfindliches Element im Hochspannung führenden Sekundärkreis betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für Magnetron-Speisestromkreise von Mikrowellenöfen oder Radargeräten das stromempfindliche Element ein den Sekundärstrom führender Heizwiderstand (54) ist und daß das Schaltglied eine durch die is Wärmeabgabe des Heizwiderstandes (54) bei einem Schwellwert die Öffnungsschaltbewegung des Schaltgliedes (84) freigebende Schmelzpatrone (78) enthält, die von dem Heizwiderstand (54) elektrisch isoliert, jedoch mit ihm gut wärmeleitend verbunden ist.
- 2. Überstrom-Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstancl (54) die Schmelzpatrone (78) muffenartig umgibt25
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