DE2434387C3 - - Google Patents
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Description
50
Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenherd mit einem Mikrowellenoszillator, einem Hochspannungstransformator,
dessen Primärwicklung mit einer Wechselspannungsquelle und dessen Sekundärwicklung mit
dem Mikrowellenoszillator verbunden sind, einer Schalteinrichtung zwischen der Primärwicklung und der
Wechselspannungsquelle und mit einer Steuerschaltung, die zu ihrem Ein- und Ausschalten mit der Schalteinrichtung
verbunden ist.
Ein Mikrowellenherd dieser Art ist aus der CH-PS
25 439 bekannt und erzeugt zum Kochen und insbesondere zum Auftauen von gefrorenen Nahrungsmiüeiii
die mikrowellen inierrninieferiu. Die Schalteinrichtung
des bekannten Mikrowellenherdes besteht aus einem Relais, das über einen Thyristor angesteuert wird,
dessen Arbeitsperiode jedoch von der Aufladung eines Kondensators abhängt. Die Arbeitsintervalle dieser
bekannten Schalteinrichtung sind somit nicht mit der Phasenlage der Wechselspannung korreiiert, so dal
Spannungsstöße auftreten können und daher de Schalter eine hohe Durchbruchsspannung aufweise!
muß.
Ferner ist es bekannt (GB-PS 12 01 120), für dei
absatzweisen Betrieb einer Heizung den Strom mi Hilfe von Thyristoren durchzuschalten, die wiederun
durch ein Steuergerät im Rhythmus aus- und eingeschal tet werden. Ähnliches gilt für eine bekannte Phasenan
Schnittsteuerung (US-PS 36 65 293), bei der die in Serii zu einer Last angeordneten Thyristoren bei eine
ausgewählten Phase des Wechselstromes durchschalt bar άηά.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Mikrowellenherd zu schaffen, bei dem di<
intermittierende Erzeugung der Mikrowellen möglichs genau in Abhängigkeit von der Phasenlage dei
Netzwechselspannung gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Schalteinrichtung ein Zweirichtungs-Thyristoi
ist und daß die Steuerschaltung einen mit dei Wechselspannungsquelle verbundenen Gleichrichter
schaltkreis zum Gleichrichten und Glätten der Wechsel spannung zur Erzeugung einer pulsierenden Gleich
spannung, einen astabilen Multivibrator mit zwe Thyristoren mit negativen Siieuerelektroden, die mi
dem Gleichrichterschaltkreis verbunden und durcr diesen steuerbar sind, und einen mit dem astabiler
Multivibrator und der Wechselspannungsquelle verbun denen Transistorschaltkreis zur Erzeugung eine;
Steuersignals in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschal ten des astabilen Multivibrators aufweist, wobei dei
Ausgang des Transistorschaltkreises zum Durchschal ten des Zweirichtungs-Thyristors bei einer Phasenlage
von etwa 80° oder 280° der Wechselspannung mii dessen Steuerelektrode verbunden ist.
Die Erfindung geht also von der Erkenntnis aus, daE
bei Schaltungen, deren Last durch einen Hochspan nungstransformator für den Mikrowellenherd gebildet
wird, häufig Einschaltstromstöße auftreten, derer Größe durch die Phase der Stromquelle während derer
Koppelzeitpunkt und durch die Remanenz des Hochspannungstransformators zu diesem Zeitpunkt bestimmt
ist Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt daß bei Verwendung eines Zweirichtungsthyristors bzw
Triacs als Schalteinrichtung die günstigste Einschaltphase des Thyristors bei einer Phasenlage von etwa 80°
oder 280° relativ zur Wechselspannung ist und daß diese Phasenlage durch den erfindungsgemäßen Steuerschaltkreis
möglichst genau eingehalten werden muß. Damit wird der Einschaltstromstoß praktisch vollständig
unterdrückt.
Als zweckmäßig hat sich ein Mikrowellenherd erwiesen, der einen ersten Schalter aufweist, der im
geschlossenen Zustand die Wechselspannungsquelle der Steuerschaltung verbindet, sowie einen zweiten Schalter,
der im geschlossenen Zustand den Zweirichtungs-Thyristor kurzschließt, wobei der erste und der zweite
Schalter so miteinander gekoppelt sind, daß der erste Schalter nach Schließen des zweiten Schalters erst nach
Ablauf eines zum Erreichen des Ruhezustandes der Steuerschaltung erforderlichen Zeitraumes geöffnet
Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus den
Ansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung und der Beschreibung hervor.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der
Zeichnung näher beschriebea Es zeigt
Fig. 1 eine Vorderansicht eines Mikrowellenherdes,
Fig.2 eine Schaltungsanordnung des Mikrowellenherdes
der F i g. I1
F i g. 3 eine Schaltungsanordnung einer Auftauzeitgeberstufe,
F i g. 4 ein Zeitlagendiagramm, welches die Phasenrelationen beim Betrieb des Auftauzeitgebers zeigt,
F i g. 5 ein Zeitlagendiagramm, welches die Phasenrelationen bei eingeschaltetem bilateralem Thyristor und ic
während des Betriebs des Auftauzeitgebers zeigt,
F i g. 6 ein Zeitlagendiagramm, welches die Phasenrelationen bei abgeschaltetem bilateralem Thyristor und
während des Betriebs des Auftauzeitgebers zeigt,
Fig.7 eine Schaltungsanordnung eines Wählschalters
zur Umschaltung zwischen dem normalen Betrieb des Herdes und dem Betrieb des Auftauzeitgebers,
Fig.8 ein Zeitlagendiagramm, welches den Betrieb des ersten und des zweiten Schalters des Wählschalters
zeigt,
F i g. 9 eine Kurve, welche die Korrelation zwischen dem Stromstoß und der Phasenlage der Stromquelle bei
der Kopplung zeigt, und
Fig. 10 eine Schaltungsanordnung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Auftauzeitgebers.
In F i g. 1 sieht man eine verkleidete Platte 11 und eine
Tür 12, durch welche Nahrungsmittel in den Herd eingebracht und herausgenommen werden köiinen. Die
Tür 12 weist ein Fenster 13 auf, welches aus einer Anzahl kleiner, runder Gucklöcher besteht, welche
einen Durchmesser von ungefähr 2 mm aufweisen, so daß der Kochzustand des Nahrungsmittels durch das
Fenster 13 beobachtet werden kann, ohne daß Mikrowellenstrahlung austritt Ein Türknopf trägt das
Bezugszeichen 14, und 16 bezeichnet eine Lampe, welche den Betrieb anzeigt Durch Drücken eines
Einschaltknopfes 17 wird, nachdem die Energiequelle durch den Leistungsschaltknopf 19 angeschlossen
worden ist, die Lampe 16 eingeschaltet, wodurch die Anwesenheit von Mikrowellenstrahlung angezeigt wird.
Ferner ist eine Kochzeitskala 18 vorgesehen. Die Kochzeit wird durch einen Zeiteinsteller voreingestellt,
welcher mit dem Leistungsschaltknopf 19 zusammenwirkt Eine Lampe 110 zeigt den Betrieb des
erfindungsgemäßen Abtauzeitgebers an. Durch Einstellung eines Wählschalters 111 wird der Abtauzeitgeber
eingeschaltet.
In F i g. 2 sieht man einen Netzstecker 21, der in eine
herkömmliche Wechselstrom-Steckdose eingesteckt werden kana 22 und 23 bezeichnen Schutzschalter,
welche normalerweise eingeschaltet sind, welche aber geöffnet werden, wenn der äußere Rahmen des Herdes
zur Durchführung einer Reparatur entfernt wird. Auf diese Weise ist ein Schutz gewährleistet. Ein Leistungsschalter
24 wird von dem Leistungsschaltknopf 19 der F i g. 1 betätigt Dieser Leistungsschalter 24 ist mit
einem Zeitgebermotor 213 so gekoppelt, daß er am Ende der Kochzeit automatisch geöffnet wird und die
Stromquelle abtrennt. Eine Lampe 25 dient zur Beleuchtung des Innenraums des Herdes. Ein Motor 26
betreibt einen Ventilator, welcher die elektrischen Teile, z. B. ein Magnetron 233, kühlt Ein anderer Motor 28
treibt ein metallisches Rührbiau innerhalb des Herdes an, damit ein gleichmäßiger Kochvorgang gewährleistet
wird. Ein erster Ein-Aus-Schalter 27 wird beim Schließen und beim öffnen der Tür 12 betätigt An einer
Kühlflosse des Magnetrons ist ein Thermoschalter 29 angebracht Er schaltet die Stromquelle ab, wenn die
Temperatur des Magnetrons aufgrund eines Versagens des Ventilatormotors 28 übermäßig stark erhöht wird.
Es sind ferner eine Relaisspule 210 und ein Relaisschalter 211 vorgesehen. Der Schalter 211 ist ein
Schaltkontakt des Einschaltknopfes 17 der Fig. 1. Wenn dieser Schaltkontakt n?ch Anschluß der Stromquelle
eingeschaltet wird, wird das Stromrelais erregt und verbindet die Stromquelle mit einem Hochspannungstransformator
224. Ein zweiter Türschalter 214 arbeitet auf die gleiche Weise wie der erste Türschalter.
Widerstände 215 und 217 versorgen eine Neonlampe 216 mit der richtigen Spannung und dem richtigen
Strom. Die Neonlampe 216 dient als Lichtquelle der Kontrollampe 110 der Fig. 1. welche den Betrieb des
Abtauzeitgebers anzeigt Ein zweiter Schalter 218 des Wählschalters 111 der Fig. 1, welcher mit dem ersten
Schalter 221 gekoppelt ist, dient dazu, einen bilateralen Thyristor 219 kurzzuschließen. Eine elektronische
Steuerschaltung 220 wird als Abtauzeitgeber bezeichnet Dieser Abtauzeitgeber gibt ein Betätigungssignal an
den bilateralen Thyristor 219 ab. Ferner ist ein dritter Türschalter 223 vorgesehen. Der Hochspannungstransformator
224 dient zur Erhöhung der Netzspannung auf einen Pegel zur Erregung des Magnetrons. Ein
Kondensator 225 kann eine hohe Spannung aufnehmen. Eine Diode 228 kann eine hohe Gegenspannung
aufnehmen und bildet zusammen mit dem Hochspannungstransformator 224 eine Halbwellendoppelspannungsschaltung
Ein Entladungswiderstand 226 liegt parallel zu dem Kondensator 225, ein Varistor 227
schneidet anomale Spannungsstöße ab und ein Widerstand 229 dient zur Überprüfung des Anodenstroms des
Magnetrons 235. Ein Fadentransformator 230 versorgt die Kathode des Magnetrons mit Energie. Kondensatoren
231 und 232 und Drosselspulen 233 und 234 bilden ein Filter, welches ein Rauschen an der Kathodenseite
des Magnetrons unterdrücken. Das Magnetron 235 hat ein Chassis 236.
Die Fig.3 zeigt ein Schaltungsdiagramm des in F i g. 2 gezeigten Abtauzeitgebers. Eine Diode 31 und
ein Kondensator 32 dienen zur Halbwellengleichrichtung und zur Glättung der Versorgungsspannung zur
Erzeugung einer Gleichstromspannung mit einer angemessenen Welligkeit Widerstände 33 und 34
dienen zur Teilung der genannten Gleichspannung, damit zwischen der negativen Steuerelektrode und der
Kathode eines Thyristors 36 eine geteilte Spannung angelegt wird. Widerstände 312,313 und 314 teilen die
genannte Gleichspannung und erzeugen eine geteilte Spannung zwischen der negativen Steuerelektrode und
der Kathode eines Thyristors 310. Widerstände 35 und 39 und ein Kondensator 37 bilden zusammen mit den
Widerständen 33, 34 und 312 bis 314 die Zeitkonstante der Oszillatorschaltung, welche aus den Teilen 33 bis 315
besteht Der Widerstand 314 liegt zwischen der Basi; und dem Emitter eines Transistors 317. Der Widerstanc
315 dient zur Überlagerung der Versorgungsspannunj auf die Spannung der Steuerelektrode des Thyristor
310. Ein Widerstand 316 dient zur Begrenzung de; Koilektorstroms des Transistors 317. Dioden 318 bis 321
bilden eine Brücke, welche eine gleichgerichtet! Halbwellenspannung zwischen dem Kollektor und den
Emitter des Transistors 317 erzeugen. Ferner sin<
Widerstände 322 und 326 und Rauschabsorptionskon densatoren 323 und 327 vorgesehen. Ein Widerstand 32'
und ein Kondensator 325, welche in Reihe miteinande und parallel zu dem bilateralen Thyristor 219 der Fig.:
liegen, dienen zur Umkehrung der Wirkung diese
In der obigen Schaltungsanordnung wird das dem
bilateralen Thyristor zugeführte Steuersignal durch die Überlagerung der welligen Gleichspannung mit der von
dem Widerstand 315 gelieferten Versorgungsspannung phasengesteuert In dem Ausführungsbeispiel ist der
Beginn der »Ein«-Phase auf etwa 80° und das Ende der »Ein«-Phaseauf 280° eingestellt
Die F i g. 4 zeigt die Phasenrelation beim Betrieb des Abtauzeitgebers. In dieser Figur stellt 1 die Versorgungsspannung, 2 das von dem Abtauzeitgeber der
F i g. 3 an die Steuerelektrode des bilateralen Thyristors abgegebene Steuersignal, 3 den Betrieb des bilateralen
Thyristors, der bei 80° der Versorgungsspannungsphase eingeschaltet und bei 360° ausgeschaltet wird, und 4 den
Betrieb des Mikrowellenoszillators dar, welcher mit dem Betrieb des bilateralen Thyristors synchronisiert
ist
Die Fig.5 zeigt die Phasenrelation während des
Betriebs des Abtauzeitgebers, wenn der bilaterale Thyristor einschaltet Die Kurve 1 zeigt die Versorgungsspannung, die Kurve 2 zeigt die Spannung
zwischen der negativen Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 36 in der Schaltung der F i g. 3,
die Kurve 3 zeigt das Steuersignal, welches von der Abtauschaltung an den bilateralen Thyristor abgegeben
wird, und die Kurve 4 zeigt den Betrieb des bilateralen Thyristors.
Die Fig.6 zeigt die Phasenrelation, wenn der bilaterale Thyristor abschaltet und der Betrieb des
Abtauzeitgebers sich im Zustand »Aus« befindet. Die Kurve 1 zeigt die Versorgungsspannung, die Kurve 2
zeigt die Spannung zwischen der negativen Steuerelektrode und der Kathode des Thyristors 310 in der
Schaltung der Fig.3 und die Kurve 3 zeigt das
Steuersignal, welches von dem Abtauzeitgeber an den bilateralen Thyristor abgegeben wird. Die Kurve 4 zeigt
den Betriebszustand des Thyristors.
Die Fig.7 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Darstellung des Betriebs des Wählschalters, mit
welchem vom normalen Gebrauch des Herdes zu seiner Verwendung als Abtauzeitgeber umgeschaltet werden
kann. Die Figur zeigt eine Stromquelle 71, den ersten Schalter 221 des Wählschalters und dessen zweiten
Schalter 218, die mit dem Wählschalter 111 der Fi g. 1
gekoppelt sind. 72 bezeichnet die Abtauschaltung der
Fig.3 und 73 bezeichnet die Last, welche den Hochspannungstransformator und das Magnetron des
Herdes umfaßt Bei der normalen Verwendung des Herdes ist der erste Schalter des Wählschalters
ausgeschaltet, während der zweite Schalter eingeschaltet ist In diesem Zustand ist die Abtauschaltung außer
Betrieb, und der bilaterale Thyristor ist kurzgeschlossen, so daß der Herd mit voller Stärke arbeitet. Wenn der
Abtauzeitgeber verwendet wird, ist der erste Schalter des Wählschalters geschlossen, während der zweite
Schalter geöffnet ist In diesem Zustand arbeitet die Abtauschaltung und gibt das Steuersignal an die
Steuerelektrode des bilateralen Thyristors. Da der bilaterale Thyristor durch die Versorgungsspannung
vorgespannt ist wird er durch das Steuersignal der Abtauschaltung ein- bzw. ausgeschaltet In diesem Fall
arbeitet der Herd intermittierend, also mit effektiv reduzierter Ausgangsleistung.
Wie man aus der Fig.8 sieht ist eine bestimmte
zeitliche Verschiebung zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter des Wählschalters vorgesehen. Diese
Zeitverschiebung dient zur Verhinderung von Fehlfunktionen des bilateralen Thyristors, die beim Einschalten
der Abtauschaltung auftreten könnten. Insbesondere wird der bilaterale Thyristor nur dann mit Spannung
versorgt, wenn die Abtauschaltung im ständigen Betrieb S arbeitet, und der Thyristor wird kurzgeschlossen und
nicht mit einer Spannung beaufschlagt wenn die Abtauschaltung sich im Ausschaltzustand befindet
Eine Fehlfunktion des bilateralen Thyristors würde zu einem Einschwingzustand der Abtauschaltung führen,
da die Schaltempfindlichkeit des Thyristors sich mit der Polarität der anliegenden Spannung ändert Falls das
Steuersignal von der Abtauschaltung wegen dessen Einschwingzustand einen niedrigeren Wert hat bleibt
der Thyristor ausgeschaltet wenn dieses Steuersignal
negativ ist während er bei einem positiven Steuersignal
eingeschaltet wird. Im ersten Fall arbeitet der bilaterale Thyristor als Diode, so daß die gleichgerichtete
Wechselspannung dem Hochspannungstransformator der Fig.2 überlagert wird und den Sättigungsstrom
^0 erhöht welcher einige zehnmal so stark wie der normale
Strom ist
Aus diesen Gründen sind der erste und der zweite Schalter des Wählschalters so ausgelegt daß sie in der in
F i g. 8 gezeigten Weise arbeiten.
Die F i g. 9 zeigt die experimentell erhaltene Korrelation zwischen dem Einschaltstromstoß und der Kopplungsphase der Stromquelle bei einem bestimmten
konstanten Wert der Remanenz des Hochspannungstransformators. Wie man aus dieser Figur sieht kann
durch Kopplung der Stromquelle bei einem Zustand
konstanter Remanenz der Stromstoß unterdrückt
werden, so daß er zu Null wird oder unterhalb des
normalen Stromes liegt
konstanten Wert eingestellt indem die Stromversorgung des Hochspannungstransformator» bei einem
Phasenwinkel von 360° beendet wurde. Zu diesem Zeitpunkt lag die optimale Phase zur Kopplung der
Stromquelle im Bereich von etwa 280".
Die Fig. 10 zeigt eine Steuerschaltung, welche auf
der Basis der oben genannten empirischen Daten konstruiert wurde.
Eine Wechselstromquelle 401 mit der üblichen Netzfrequenz liefert einen Strom zu der Primärspule
402 eines Hochspannungstransformators des Herdes, und der bilaterale Thyristor 403 steuert die Stromversorgung von der Stromquelle 401 zu der Primärwicklung 402 des Hochspannungstransformators.
Eine Steuerschaltung, welche aus den Teilen 405 bis
425 besteht wird über einen Transformator 404
gespeist Die Steuerschaltung umfaßt eine Gleichrichterschaltung, welche aus einer Diode 405 und einem
Kondensator 406 besteht einen Generator zur Erzeugung der Steuersignale, welcher aus den Widerständer
408, 409, 410, 411, 415, 418,420, 421,422 und 423, der
Kondensatoren 407 und 412 und den Transistoren 413 414, 416 und 417 und 419 besteht und eim
Treiberschaltung, welche aus einem Widerstand 424 einem Transistor 425 und einem bilateralen Thyristo!
403 besteht Der Generator umfaßt einen astabilei Multivibrator, welcher aus den Widerständen 409, 410
411, 415, 421, 422 und 423, dem Kondensator 412 um den Transistoren 413,414,416 und 417 besteht und ein
Phasensteuerschaltung zur Steuerung der Oszillation: phase des astabilen Multivibrators, welche aus de
Widerständen 408,418,420, dem Kondensator 407 un einem Transistor 419 besteht
Phase und bei 180 bis 360° die »Aus«-Phase fest, so daß
der astabile Multivibrator ein synchrones Steuersignal erzeugt, welches bei 80° den Zustand »Ein« und bei 180
bis 360° den Zustand »Aus« annimmt. Dieses Signal wird von der Treiberschaltung verstärkt, bevor es dem
bilateralen Thyristor 403 zugeführt wird. Da dieser Thyristor 403 nicht einmal dann gesperrt ist, wenn seine
Steuerelektrode kein Eingangszeichen empfängt, falls nicht die Spannung zwischen seinen Endanschlüssen
Null oder negativ ist, wird er stets im Bereich von 360° abgeschaltet, wenn das Steuersignal zwischen 180 und
360° abgeschnitten wird, wodurch die Remanenz des Hochspannungstransformators konstant gehalten werden
kann. Auf diese Weise wird die Stromversorgung des Hochspannungsiransformators stets im Bereich von
80° eingeschaltet und im Bereich von 360° beendet, so daß der Eingangsstromstoß vollständig verhinderl
werden kann.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Mikrowellenherd mit einem Mikrowellenoszülator,
einem Hochspannungstransformator. ^sen
Primärwicklung mit einer Wechselspannung ^quelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Mikrowellenoszillator
verbunden sind, einer Schalteinrichtung zwischen der Primärwicklung und der Wechselspannungsquelle
und mit einer Steuerschaltung, die zu ihrem Ein- und Ausschalten mit der Schalteinrichtung
verbunden ist, um den Strom zwischen der Wechselspannungsquelle und der Primärwicklung
des Hochspannungstransformators zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung
ein Zweirichtungs-Thyristor (219, 403) ist und daß die Steuerschaltung (220) einen mit der
Wechselspannungsquelle verbundenen GJeichrichterschaltkreis (32, 31) zum Gleichrichten der
Wechselspannung zur Erzeugung einer pulsierenden Gleichspannung, einen astabilen Multivibrator mit
zwei Thyristoren (36,310) mit negativen Steuerelektroden, die mit dem Gleichrichterschaltkreis (31,32)
verbunden und durch diesen steuerbar sind, und einen mit dem astabilen Multivibrator und der
Wechselspannungsquelle verbundenen Transistorschaltkreis (317) zur Erzeugung eines Steuersignals
in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschalten des astabilen Multivibrators aufweist, wobei der Ausgang
(B) des Transistorschaltkreises zum Durchschalten des Zweirichtungs-Thyristors (219,403) bei
einer Phasenlage von etwa 80° oder 280° der Wechselspannung mit dessen Steuerelektrode verbunden
ist.
2. Mikrowellenherd nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Schalter (221), der im
geschlossenen Zustand die Wechselspanmingsquelle mit der Steuerschaltung (72, 220) verbindet, und
durch einen zweiten Schalter (218), der im geschlossenen Zustand den Zweirichtungs-Thyristor
(219, 403) kurzschließt, wobei der erste und der
zweite Schalter (221 bzw. 218) so miteinander gekoppelt sind, daß der erste Schalter nach
Schließen des zweiten Schalters (221) erst nach Ablauf eines zum Erreichen des Ruhezustandes der
Steuerschaltung (220) erforderlichen Zeitraumes geöffnet ist.
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