DE2643940C3 - Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen - Google Patents
Ausgangsregler für einen MikrowellenofenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen zur intermittierenden
Steuerung eines Magnetrons, mit einem Transformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle
und dessen Sekundärwicklung mit dem Magnetron verbunden ist, einer Gleichrichterschaltung mit einem
Gleichrichter und einem Kondensator, die parallel zur Sekundärwicklung geschaltet ist, einem Hochspannungsschalter,
der bei einer ersten Ausführungsform zwischen der Kathode des Magnetrons und einem
Verbindungspunkt von Kondensator und Gleichrichter und bei einer zweiten Ausführungsform zwischen dem
Gleichrichter und der Anode des Magnetrons liegt, und einer Steuerschaltung mit einer Zeitgeberschaltung zur
Abgabe eines Ein-Aus-Schaltsignals an den Hochspannungsschalter.
Bei einem bekannten Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen der eingangs genannten Art (US-PS
38 72 277) findet das der Steuerung der vom Magnetron abgegebene Mikrowellenleistung dienende Ein- und
Ausschalten des Hochspannungsschalters gemäß dem V3n der Zeitgeberschaltung an die Steuerschaltung
abgegebenen Ein-Aus-Schaltsignal statt Die Zeitgeberschaltung arbeitet völlig unabhängig von der Phase der
Primärspannung und gibt das Ein-Aus-Schaltsignal in bezug zur Phase der Primärspannung völlig willkürlich
ab. Dabei treten bei ungünstiger Phasenlage des Schaltzeitpunktes schädliche Störspannungsspitzen und
Stromstöße auf sowie Rauschstörungen, die durch den an den Schalterkontakten sich ausbildenden Lichtbogen
bewirkt sind, so daß neben anderen ungünstigen Auswirkungen die Kontakte des Hochspannungsschalters
im Lauf der Zeit abbrennen, wenn nicht besondere weitere Maßnahmen zur Verlängerung der
Lebensdauer der Kontakte getroffen werden.
Es ist zwar ein Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen bekannt (GB-PS 13 23 551), bei dem ein
Schalter zur Leistungsregelung in Abhängigkeit von der Phase der Primärspannung gesteuert ist, so daß ein
Schaltvorgang nur bei einem Nulldurchgang der Primärspannung stattfinden kann. Jedoch ist dieser
Schalter, der ein durch Thyristoren aufgebauter Schalter ist, im Gegensatz zur sekundärseitigen Anordnung des
Hochspannungsschalters bei einem erfindungsgemäßen Ausgangsregler, im Primärkreis des Transformators
angeordnet Primärseitig ist jedoch das Stoßproblem
viel größer als auf der Sekundärseite des Transformators. Die beim Schalten auftretenden Stromstöße, die es
zu vermeiden gilt, sind primärseitig um ein Mehrfaches größer als auf der Sekundärseite. Unter diesem
Gesichtspunkt ist die Anordnung des Schalters auf der Primärseite nachteilig.
Außerdem ist es bei einer primärseitigen Anordnung des Schalters nachteilig, daß gleichzeitig nicht nur die
sekundärseitige Hochspannung sondern auch die sekundärseitige Heizwicklung für das Magnetron ein-
und ausgeschaltet wird. Für eine kontinuierliche Heizung des Magnetrons wäre somit ein getrennter
Heiztransformator erforderlich.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß Nullspannungsschalter beim Stand der Technik wohlbekannt sind
(siehe beispielsweise US-PS 33 90 275 oder DE-OS 24 20418). Derartige bekannte Nullspannungsschalter
könnten jedoch beim erfindungsgemäßen Ausgangsregler keine Anwendung finden, da sie einerseits als
Thyristorschalter ausgebildet sind und daher im Hochspannungskreis des Magnetrons Spannungsprobleme
auftreten würden und da andererseits beim erfindungsgemäßen Ausgangsregler auch zu Zeitpunkten
geschaltet werden muß, die nicht durch einen Spannungsnulldurchgang gegeben sind, sondern durch
unterschiedliche Betriebszustände des Magnetrons.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen der
eingangs genannten Art derart auszubilden, daß der
Hochspannungsschalter zur Leistungsregelung unter Vermeidung von Spitzenspannungen, Stromstößen und
Störrauschen betätigbar ist
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung einen Phasendemodulationsimpulsgenerator
zur Erfassung der Phase der Primärspannung des Transformators und zur Abgabe eines
Impulssignals mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zu der Prirnärspannungsphase an die Zeitgeberschaltung
aufweist, die in Abhängigkeit von dem Impulssignal das Ein-Aus-Schaltsignal zeitlich in einer
Weise erzeugt, daß in der ersten Ausführungsform der
Hochspannungsschalter innerhalb einer Zeitspanne geschlossen wird, in der die Spannung Ober dem
Gleichrichter kleiner als die Schwingstartspannung des Magnetrons ist, und innerhalb einer Halbwellenperiode
geöffnet wird, in der die Polarität einen Stromfluß durch das Magnetron nicht zuläßt, bzw. in der zweiten
Ausführungsform der Hochspannungsschalter innerhalb einer Zeitspanne geschlossen wird, in der die an dem
Hochspannungsschalter anliegende Spannung im wesentlichen Null ist, und innerhalb einer Zeuspanne
geöffnet wird, in der durch den Hochspannungsschalter kein Strom fließt
Da durch die Erfindung ein Ausgangsregler geschaffen ist, bei dem der Schalter zur Regelung der
Ausgangsleistung ein im Hochspannungskreis des Magnetrons angebrachter Hochspannungsschalter ist,
tritt im Gegensatz zur bekannten primärseitigen Regelung kein durch das Erregen des Transformators
bedingter Stromstoß auf. Auch ist kein getrennter Heiztransformator für den Magnetronheizer erforderlich.
Außerdem hat der erfindungsgemäße Ausgangsregler den zusätzlichen Vorteil, daß infolge der
sekundärseitigen Regelung die Einschwingzeit erheblich kürzer ist als beim Stand der Technik. Da
erfindungsgemäß nur in solchen Betriebszuständen des Magnetrons geschaltet wird, in denen eine Bogenbildung
zwischen den Schalterkontakten unterbleibt, ist ferner eine la;;ge Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit
erreicht
Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Grundschema einer Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 2 Spännungsverläufe an verschiedenen Punkten in dem Schaltschema der F i g. 1 bei der Schließbetätigung
eines Hochspannungsschalters;
Fig.3 eine graphische Darstellung des Ein-Ausschaltbetriebs
eines im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Hochspannungsschalters;
Fig.4 eit, Detailschaubild einer im Rahmen der
Erfindung vorgesehenen Phasenregelschaltung;
F i g, 5 Spannungsverläufe ähnlich denen der F i g. 2,
jedoch bei der Öffnungsbetätigung des Hochspannungsschalters;
F i g. 6 ein Grundschema einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig.7 die Wellenformen eines das Magnetron durchfließenden Stroms; und
F i g. 8 den Spannungsverlauf über einem Gleichrichter beim Öffnen des Hochspannungsschalters.
Im folgenden seien die Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert
In F i g. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein das Magnetron durchfließender
Halbwellenstrom an- und abgeschaltet wird. In F i g. 1
umfaßt ein Block 100 eine Ausgangsregelschaltung eines Mikrowellenofens und ein Block 101 stellt eine
Phasenregelschaltung dar, die zum Ein- und Ausschalten eines in dem Block 100 enthaltenen Hochspannungsschalters
6 dient Im einzelnen sind bei der Anordnung der Fig. 1 zwei Anschlüsse a und a' an eine
Wechselstromquelle gelegt und beim Schließen eines Hauptschalters 1 wird über die Primärwicklung (b-b')
eines Transformators 2 in dem Block 100 eine
ίο Nennspannung angelegt Auf der Sekundärseite des
Transformators 2 sind Anschlüsse cund c' vorgesehen,
über denen eine zum Aufheizen eines Magnetronheizers erforderliche Nennspannung erscheint (die Anschlüsse c
und c' sind mit dem Kathodenheizerkreis eines
Magnetrons 3 verbunden), sowie Anschlüsse d und d' zur Zuführung einer für den Schwingungsbetrieb des
Magnetrons 3 erforderlichen Nennspannung zu einer Hochspannungs-Einweggleichrichter-Spannungsdopplerschaltung.
Der eine der Hochspannungsanschlüsse, nämlich der Anschluß d\ ist mit der Anode des
Magnetrons verbunden, die auf Erdnr-tential gehalten
ist Der andere Anschluß cfist an den einen Anschluß e'
eines Kondensators 4 gelegt, dessen anderer Anschluß e wiederum mit dem einen Anschluß g' eines Hochspannungsschalters
6 und außerdem mit dem einen Anschluß /'eines Gleichrichters 5 verbunden ist Mit dem anderen
Ende g ist der Hochspannungsschalter 6 an den Kathodenheizerkreis des Magnetrons 3 gelegt während
das andere Ende /des Gleichrichters 5 mit der Anode des Magnetrons 3 verbunden ist Der Block 101 in
F i g. 1 umfaßt einen steuernden Leistungstransformator 7 für den Schaltsteuerkreis, eine Gleichrichterschaltung
8, einen Zeitgeber 9 zur Erzeugung von Ein-Aus-Signalen,
eine Phasendemodulations-lmpulsgeneratorschaltung 10 und eine Erregerspule 11 für den Hochspannungsschalter
6.
Es soll nun die Betriebsweise des so aufgebauten Mikrowellenofens erläutert werden. Geht man zunächst
davon aus, daß sich der Hochspannungsschalter 6 im Schließzustand befindet so wird die Speisespannung
(Wechselspannung) über den Anschlüssen a und a'beim
Schließen des Hauptschalters 1 an die Anschlüsse b und b'des Transformators 2 angelegt wie dies in Fig.2a
gezeigt ist In diesem Betriebszustand geht dem
v> Magnetron 3 auf dem Weg Λ-3-6-Α' ein Halbwellenstrom
wie der in Fig.2b wiedergegebene zu und dem
Gleichrichter 5 fließt ein Halbwellenstrom wie jener der F i g. 2b' zu, so daß über den Verzweigungspunkten h
und Λ'die in Fig. 2c dargestellte Spannung I erscheint
» Wenn der Strom der Fig.2b fließt, oszilliert das
Magnetron 3 unter Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Sinne der Funktionsweise eines Mikrowellenofens.
Wird hierauf der Hochspannungsschalter 6 geöffnet, so wird die Stromzuführung zu dem Magnetron
3 unterbrochen und die Schwingungserzeugung des Magnetrons 3 hört auf. In diesem Betriebszustand wird
über die Verzweigungspunkte h und h'die in Fig.2c
dargestellte Spannung It angelegt und dem Gleichrichter 5 fließt kein wesentlicher Strom zu. Es sei nun die
(i< Aussetzregelung dvj Ausgangs des Mikrowellenofens
durch das Schalten des Hochspannungsschalters 6 erläutert. Zum öffnen und Schließen des Hochspannungsschalters
6 wird ein Erregerstrom durch die Erregerspule 11 in dem Block 101 hindurchgeleitet oder
' blockiert. Die Steuervorgänge der Phasendemodulations-ImpuUgeneraiorschaltung
10 laufen so ab, daß die Öffnungszeit beim öffnen des Hochspannungsschalters 6 in eine Zeitspanne 7j fällt, in
welcher der das Magnetron 3 durchfließende Strom praktisch Null ist, also in eine Zeitspanne, in der der
Strom den Gleichrichter 5 in der in Fig.2b' gezeigten
Weise durchfließt, während das Schließen des Hochspannungsschalters 6 innerhalb einer Zeitspanne Ti 5
vorgenommen wird, in der die in Fig.2c mit Il bezeichnete Spannung über den Verzweigungspunkten
h und /!'kleiner ist als die Schwingstartspannung Vo des
Magnetrons 3. In den F i g. 2b, 2b' und 2c ist 7ö gleich '//·
Sekunden, wobei / (Hz) die Netzfrequenz ist, 71 bezeichnet eine Zeitspanne, in der der Strom in das
Magnetron 3 fließt, 7} bezeichnet eine Zeitspanne, in der der Strom in den Gleichrichter 5 fließt, 7i bezeichnet
eine Zeitspanne, in der eine Spannung erscheint, die höher ist als die Schwingstartspannung Vo des Magnetrons
3, und T3 bezeichnet eine Zeitspanne, in der eine
Spannung erscheint, die niedriger ist als V0, wobei
weiterhin T0 = 7i + T2 = T3 + Tt. Wird die Phase des
Öffnens und Schließens des Hochspannungsschalter 6 im obigen Sinne geregelt, wobei der Hochspannungsschalter
6 während einer Zubereitungsperiode fo für die Dauer der Zeitintervalle /1 immer wieder geschlossen
und für die Dauer der Zeitintervalle fc geöffnet wird, bedingt durch die Wirkweise des Zeitgebers 9 zur
Erzeugung von Zweipunktsignalen und wie in F i g. 3 veranschaulicht, so kommt es über den Kontakten des
Hochspannungsschalters 6 zu keiner nennenswerten Bogenbildung, da das öffnen des Hochspannungsschalters
6 stets in die Zeitspanne 7} in F i g. 2b fällt, während die Schließvorgänge stets in die Zeitspanne Tj in F i g. 2c *)
fallen. Ein elektromagnetisches Rauschen oder durch Bogenbildung hervorgerufene Stromschaltstöße können
demzufolge nicht auftreten. Da eine Bogenbildung unterbleibt, tritt auch kein nennnenswerter Kontaktverschleiß
infolge Bogenhitzc ein, was eine lange « Haltbarkeit und hohe Zuverlässigkeit sicherstellt. Die
Zeitintervalle U in F i g. 3 sind dort als Einschaltphasen
bezeichnet, doch ist zu beachten, daß das Magnetron 3 tatsächlich den Ein-Aus-Schaltbetrieb entsprechend der
Netzfrequenz durchspielt ·">
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UiUIiUUg tut ui»u **ι*Λ.ΐν tvi uiixj oui U^i Ui UIyLI tx^uaauiaiA-fe
näher eingegangen werden.
In F i g. 4 ist ein Detailschaltbild für den Block 101 der Fig. I gezeigt, wobei der Schaltblock 7 einen ■>
> steuernden Leistungstransformator darstellt, der Schaltblock 8 eine Gleichrichterschaltung, der Schaltblock 9
einen Zeitgeber zur Erzeugung von Ein-Aus-Signalen oder einen astabilen Multivibrator mit veränderlicher
Schwingfrequenz und der Schaltblock 10 eine Phasen- '·» demodulationvlmpulsgeneratorschaltung. Die Anschlüsse
i und /' der Primärwicklung des steuernden Leistungstransformators 7 sind an die Anschlüsse b bzw.
b' in F i g. 1 gelegt und ein Mittelabgriff k der Sekundärwicklung ist geerdet Die Anschlüsse j und j'
der Sekundärwicklung sind mit Dioden 12 und 13 in dem Gleichrichterblock 8 verbunden, wodurch die Sekundärspannung
einer Vollweggleichrichtung unterzogen wird, gefolgt von der Filterung durch einen Kondensator 15.
Der Anschluß j' der Sekundärwicklung des Transforma- ^0
tors 7 ist außerdem mit einer Diode 14 in dem Phasendemodulations-Impulsgeneratorblock 10 verbunden,
wodurch die Sekundärspannung in einer Halbwelle gleichgerichtet wird. Zu der Phasendemodulations-ImpulsgeneratorschaJtung
gehören Widerstän- ■■· de 16, 17, 20 und 21, ein Kondensator 18 und ein
programmierbarer Doppelbasistransistor 19 (für Transistoren dieser Art sei im folgenden die Kurzbezeichnung
PUT verwendet). Es sollen nun deren Betriebsvorgänge erläutert werden. Wenn die Stromquelle angeschaltet
wird und der Strom die Diode 14 durchfließt, wird der Kondensator 18 über den Widerstand 16 aufgeladen.
Der Toranschluß des PUT 19 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 21 gelegt und der
Transistor leitet, wenn die Spannung an seinem Anodenanschluß, der an den Verbindungspunkt des
Kondensators 18 und des Widerstands 16 gelegt ist, die Spannung an dem mit dem Verbindungspunkt der
Widerstände 17 und 21 verbundenen Toranschluß überschreitet. Wenn der PUT 19 leitet, fließt die zuvor in
dem Kondensator 18 gespeicherte Ladung abrupt ab. In diesem Augenblick wird über dem Widerstand 20 ein
schmaler Impuls erzeugt. Die Phase, in der der schmale Impuls erscheint, kann auf eine beliebige Lage in der
Halbwelle eingestellt werden, indem man die Größe des Widerstandes 16 verändert. Sobald der PUT 19 erst
einmal leitet, verbleibt er während der Halbwellenperiode im Durchlaßzustand, um nach Abschluß der
Halbwellenperiode in den nichtleitenden Zustand überzugehen. Ein Transistor 22 leitet, wenn über dem
Widerstand 20 der Impuls erscheint. Der Kollektor des Transistors 22 ist über Widerstände 23 bzw. 34 mit den
Toranschlüssen weiterer PUT 27 und 31 des astabilen Miiltivibratorblocks 9 mit veränderlicher Schwingfrequenz
verbunden. Der astabile Multivibrator umfaßt Widerstände 24, 25, 26, 29, 32 und 33, einen
Regelwiderstand 30, einen Kondensator 28 und die PUT 27 und 31. Es sei nun auf die Betriebsvorgänge in dem
astabilen Multivibrator näher eingegangen.
Es sei angenommen, daß sich der PUT 27 anfänglich im leitenden Zustand befindet. Der Kondensator 28
wird über den Widerstand 29 und den Regelwiderstand
30 aufgeladen. Das Potential an einem Punkt D (Anodenanschluß des PUT 31) steigt daher nach und
nach an. Wenn es die durch die Widerstände 32 und 33 geteilte Spannung (Toranschlußspannung) überschreitet,
geht der PUT 31 in den leitenden Zustand über und ein Transistor 35 wird angeschaltet Wenn der PUT 31
leitet, nimmt der positive Anschluß des Kondensators 28
/n 1.» nie 1 * »:-i -_ -- -i-n J-- * ι ui..o
y» UIi(Vi «-*/ ijiuputviiuai an, a\j uau LiUi /-iim\icnaiiai,lliuu
des Put 27 auf einen negativen Wert gebracht und der PUT 27 in Sperrichtung vorgespannt wird, der hierauf
wieder in den nichtleitenden Zustand übergeht Wenn der PUT 31 leitet, beginnt die Aufladung des
Kondensators 28 über den Widerstand 26, so daß die Anodenspannung des PUT 27 steigt. Überschreitet sie
die durch die Widerstände 24 und 25 geteilte Spannung (Torspannung), so wird der PUT 27 leitend und der PUT
31 wird in Sperrichtung vorgespannt, so daß er wieder in
den nichtleitenden Zustand übergeht Der obige Ablauf wiederholt sich dann. Wenn der PUT 31 leitet leitet
auch der Transistor 35 und die Spule 11 wird zur Betätigung des Hochspannungsschalters 6 erregt der
sich dann schließt Wenn demgegenüber der PUT 27 leitet geht der PUT 31 in den nichtleitenden Zustand
über und auch der Transistor 35 wird in den nichtleitenden Zustand gesteuert, so daß die Erregerspule
11 für den Hochspannungsschalter 6 aberregt und der Hochspannungsschalter 6 geöffnet wird. Die Diode
36 dient dazu, dem Auftreten einer Gegenspannung der Erregerspule 11 vorzubeugen. Das Zeitintervall des
wiederholten Ablaufs ist durch die Durchlaßperiode des PUT 27 bestimmt Mit anderen Worten, für die
Öffnungsdauer des Hochspannungsschalters 6 sind der Widerstand 29, der Regelwiderstand 30 und der
Kondensator 28 sowie die durch die Widerstände 32 und
33 geteilte Spannung bestimmend und für die Durchlaßperiode
des PUT 31 oder die Schließdauer des Hochspannungsschalters 6 sind der Widerstand 26 und
der Kondensator 28 sowie die durch die Widerstände 24 und 25 geteilte Spannung bestimmend. Der Ein-Ausschaltzyklus
des Hochspannungsschalters 6 kann verändert werden, indem man den Regelwiderstand 30
ver>*ellt, und auch der Widerstand 26 kann ein
Regciwiderstand sein.
Unter Bezugnahme auf Fig.2 bis 5 seien die zwischen den Spannungsverläufen in dem Mikrowellenofen
und der Phasendemodulations-Impulsgeneratorschaltung scwie der astabilen Multivibratorschaltung
bestehenden Zusammenhänge erläutert. In F i g. 2 ist der Betriebsvorgang der Umschaltung des Hochspan- is
nungsschalters 6 aus dem Öffnungszustand, also dem nichtleitenden Zustand des PUT 31, in den Schließzustand
veranschaulicht. In F i g. 2 ist bei a der über den
tors 2 erscheinende Spannungsverlauf dargestellt, bei b der Stromverlauf des dem Magnetron 3 über den
Hochspannungsschalter 6 zugehenden Stroms, bei cder zwischen den Anschlüssen Λ und /(oder ft'und A^ des
Gleichrichters S erscheinende Spannungsverlauf, bei A der in F i g. 5 bei H erscheinende, in der Halbwelle
gleichgerichtete Spannungsverlauf, bei öder Impulsverlauf des PUT 19, bei C der Torspannungsverlauf des
PUT 31, bei D der Anodenspannungsverlauf des PUT 31, bei E der Anodenspannungsverlauf des PUT 27 und
bei Fder Kollektorspannungsverlauf des Transistors 35. Bf: G ist ein den Öffnungs- und Schließzustand des
Hochspannungsschalters 6 veranschaulichender Spannungsverlauf gezeigt. Wie bereits erwähnt wurde, kann
der Ausgangsimpuls B auf eine beliebige Lage in der Halbwelle des Spannungsverlaufs A eingestellt werden.
Da der Impulsverlauf B der Basis des Transistors 22 zugeht, erscheint an dessen Kollektor ein negativer
Impuls. Dieser negative Impuls wird über die Widerstände 23 bzw. 34 den Torelektroden der PUT 27 und 31
zugeleitet. Es sei nun davon ausgegangen, daß sich der Hochspannungsschalter 6 im öffnungszustand befindet
und der PUT 31 also in den nichtleitenden Zustand gebracht ist Das Torpotential des PUT 31 ist gleich dem
durch die Widerstände 32 und 33 geteilten Potential. Wenn der Transistor 22 leitet, ist der Widerstand 34 dem
Widerstand 33 parallelgeschaltet, so daß das Potential an dem Tor leicht abfällt. Der Spannungsverlauf ist der
bei C gezeigte. Im Spannungsverlauf D ist hingegen infolge der Wirkweise des Widerstandes 29, des
Regelwiderstandes 30 und des Kondensators 28 ein so allmählicher Anstieg zu verzeichnen. Falls ein zum
Zeitpunkt f3 von außen zugeführter negativer Impuls geringer ist als die Spannung des Spannungsverlaufs D,
wird der PUT 31 in den leitenden Zustand gesteuert. Befindet sich der PUT 31 im leitenden Zustand, so
vollzieht der PUT 27 seinerseits genau den gleichen Vorgang nach.
Wie bei £ gezeigt ist, wird von dem Kondensator 28
eine Rückwärtsvorspannung angelegt, wenn der PUT 31 zum Zeitpunkt T3 in den leitenden Zustand fibergeht eo
Die Rückwärtsvorspannung beläuft sich auf einen Betrag, der im wesentlichen gleich der durch die
Widerstände 32 und 33 geteilten Spannung ist, und der Kondensator 28 wird hierdurch über den Widerstand 26
aufgeladen. Wenn der PUT 31 leitet, so leitet auch der Transistor 35, und der Erregerspule 11 für den
Hochspannungsschalter 6 geht ein Strom zu. durch den sie erregt wird. Wie aus der Darstellung bei G zu
entnehmen ist, beginnt sich der Hochspannungsschalter 6 mit einer Verzugszeit ,16 gegenüber dem Zeitpunkt der
Stromzuführung zu der Erregerspule 11 zu schließen und der Schließzustand wird endgültig erreicht,
nachdem bei diesem Vorgang eine Prellzeit f'o verstrichen ist. Wird der nach Feststellung der Phase des
Halbwellen-Spannungsverlaufs A auftretende Impulsverlauf ßso eingestellt, daß die Zeit f'o in die Zeitspanne
T3 fällt, in der eine Spannung unterhalb der Schwingstartspannung
des Magnetrons 3 erzeugt wird, so fließt während des Schließvorgangs des Hochspannungsschalters
6 kein wesentlicher Strom, so daß Bogenbildung und Rauschen vermieden werden und auch der
Kontaktverschleiß des Hochspannungsschalters 6 geringbleibt. Demgegenüber zeigt F i g. 5 das Umschalten
des Hochspannungsschalters 6 aus dem Schließzustand in den Öffnungszustand. Bei /' ist der Spannungsverlauf
an dem Punkt /'in Fig.4 dargestellt. Der Spannungsverlauf
N veranschaulich· d»$ Umschalten des Hochspannungsschalters
vom Schließzustand in den Öffnungszustand. In dem Augenblick, da der PUT 27 in den
leitenden Zustand übergeht, wird der PUT 31 nichtleitend und auch der Transistor 35 wird nichtleitend.
Infolgedessen wird die Stromzuführung zu der Erregerspule 11 für den Hochspannungsschalter 6
blockiert und der Hochspannungsschalter 6 schaltet mit einer Verzugszeit ί'Ό gegenüber dem Zeitpunkt der
Umsteuerung des Transistors 35 in den nichtleitenden Zustand vom Schließzustand in den Öffnungszustand
um. Wird der nach Demodulation des Halbwellenspannungsverlaufs H erscheinende Impulsverlauf I so
eingestellt, daß der Hochspannungsschalter 6 innerhalb der Zeitspanne Ti der F i g. 5j geöffnet wird, in der der
Strom Null ist, so bildet sich zwischen den Kontakten
des Hochspannungsschalters 6 praktisch kein Bogen während des Öffnungsvorgangs, es tritt auch wie beim
Schließvorgang kein Rauschen auf und der Verschleiß der Kontakte des Hochspannungsschalters 6 bleibt
gering, so daß eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist. Es seien in diesem Zusammenhang die Phasenbeziehungen
zwischen den Spannungsverläufen s, b, A in Fi g. 2
und den Spannungsverläufen h, /' H in F i g. 5 erörtert.
Die Phasenverschiebungen der Stromkurven Ound /des
Magnetrons 3 sind gegen die Netzspannungsverläufe a und h sehr gering und die Phasenverschiebungen der
Halbwellenspannungsverläufe A und H gegen die Netzspannungsverläufe a und h sind praktisch Null.
Durch Demodulation des Netzspannungsverlaufs können daher leicht Phasenregelimpulse erzeugt werden.
Sollte der Spannungsverlauf in einer Hochspannungsschaltung wie etwa die Spannungsverläufe c und j in
Fig.2 und 5 demodüliert werden, so würde ein Sicherheitsproblem auftreten, da die Phasendetektor·
schaltung eine Niederspannungsschaltung ist und von dem Hochspannungskreis getrennt werden muß.
Bei dem Schalter mit dem obigen Aufbau kann die Phasendemodulation mühelos vorgenommen werden
und durch entsprechende Phasendemodulation läßt sich erreichen, daß zwischen den Kontakten des Hochspannungsschalters
beim !Schaltvorgang praktisch keine Bogenbildung auftritt und das elektromagnetische
Rauschen wie auch diis Auftreten eines Stromstoßes beim Schaltvorgang vermieden wird, was eine hohe
Lebensdauer sicherstellt Da der Transformator während der Anschaltdauer des Mikrowellenofens ständig
gespeist wird, ist für den Transformator auch die Erregungshäufigkeit herabgesetzt Der Transformator
für die Aufheizung des Magnetronheizers kann überdies
mit dem Netztransformator integriert werden, so daß der bauliche Aufwand verringert wird. Durch die
Verwendung des Regelwiderstandes in der astabilen Multivibratorschaltung, in Fig.4 gezeigt, wird eine
kontinuierliche Einstellung der Öffnungszeitdauer des Hochspannungsschalters 6 zwischen der durch den
Maximalwiderstand des Regelwiderstandes 30, den Widerstand 29 'ind den Kondensator 28 sowie durch die
von den Widerständen 32 und 33 geteilte Spannung bestimmten maximalen Öffnungsperiode und der durch
den Minimalwiderstand des Regelwiderstandes 30, den Widerstand 29 und den Kondensator 28 sowie durch die
von den Widerständen 32 und 33 geteilte Spannung bestimmten minimalen Öffnungsperiode ermöglicht,
während die Schließzeitdauer des Hochspannungsschalters 6 auf eine feste Zeitspanne festgelegt bleibt. Geht
man beispielsweise davon aus, daß bei ständiger Speisung des Magnetrons 3 ein lOOprozentiger Ausgang
erzeugt wird, so wird bei einer SchlieOdauer von 4 Sekunden und einer Öffnungsdauer von I Sekunde als
Durchschnittsausgang ein 80prozentiger Ausgang erhalten, bei einer Öffnungsdauer von 4 Sekunden ein
50prozentiger Ausgang und bei einer Öffnungsdauer von 16 Sekunden ein 20prozentiger Ausgang. In dieser
Weise kann die Durchschnittsleistung auf einen beliebigen Sollwert festgelegt werden. Eine ähnliche
Wirkung läßt sich auch hervorbringen, wenn der in F i g. I dargestellte Hochspannungsschalter 6 zwischen
ft und /oder zwischen /'und /»'gelegt wird.
In Fig.6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche die Aussetzregelung des den
Gleichrichter durchfließenden Halbwellenstroms veranschaulicht. Der Hochspannungsschalter kann in Serie
unmittelbar an den Gleichrichter auf der Seite der positiven Polarität oder auf der Seite der negativen
Polarität gelegt werden. In Fig.6 ist der Hochspannungsschalter
an den negativ gepolten Anschluß des Gleichrichters gelegt und zur Bezeichnung ähnlicher
Bauteile sind jeweils die gleichen Bezugszahlen verwendet wie in Fig. 1. Der Unterschied gegenüber
F i g. 1 besteht lediglich in der Anordnung des Hochspannungsschalters 6. Genauer, bei der Schaltung
der Fig.ö isi die den Gleichrichter 5 umfassende
Gleichrichterschaltung über den Hochspannungsschalter 6 und den Kondensator 4 geschaltet und das
Magnetron 3 ist der aus dem Hochspannungsschalter 6 und dem Gleichrichter 5 bestehenden Reihenschaltung
parallelgeschaltet.
Es sollen nun die Betriebsvorgänge bei der Schaltung der Fig.6 erläutert werden. Befindet sich der
Hochspannungsschalter 6 im Schließzustand, so wird durch Schließen des Hauptschalters 1 unter Weiterleitung
der an den Anschlüssen a und a' anliegenden Netzspannung (Wechselspannung) über die Anschlüsse
b und b' des Transformators 2 eine Nennspannung angelegt In diesem Betriebszustand wird das Magnetron
3 auf dem Weg Λ-3-Λ'νοη einem Halbwellenstrom
wie dem in Fig.7a dargestellten durchflossen und ein
Halbwellenstrom wie der in Fig.7b gezeigte durchfließt
den Weg A-6-5-A'. Hierbei erscheint an den
Verzweigungspunkten h und A'die in F i g. 7c wiedergegebene
Spannung und das Magnetron 3 oszilliert beim Fließen des in Fig.7a dargestellten Stroms unter
Erzeugung elektromagnetischer Wellen, worauf die Wirkweise des Mikrowellenofens beruht Wenn der
Hochspannungsschalter δ geöffnet wird, fließt kein Strom durch den Gleichrichter 5. In diesem Fall
erscheint an den Verzweigungspunkten h und h' eine Spannung wie die in F i g. 8 gezeigte. Da diese Spannung
geringer ist als. die Schwingstartspannung Vo des
Magnetrons 3, fließt praktisch kein Strom durch das Magnetron 3 unu die Oszillation wird unterbrochen. Es
soll nun auf die Ausgangsnetzregelung des Mikrowellenofens durch Umschalten des Hochspannungsschalter
6 näher eingegangen werden. Zum Schließen oder öffnen des Hochspannungsschalters 6 wird ein Erregungsstrom
durch die Erregerspule 11 in dem Block 101
ίο hindurchgeleitet oder blockiert. Die Steuervorgänge
der Phasenregelschaltung 10 laufen so ab, daß die Zeitgabe des Schließens und öffnens des Hochspannungsschalters
6 in die Zeitspanne T) fällt, in welcher der den Gleichrichter 5 durchfließende Strom praktisch
Null ist, wie in F i g. 7b gezeigt, oder in jene Zeitspanne, in der der Strom durch das Magnetron 3 fließt. In
F i g. 7a—c und F i g. 8 ist 7ö gleich '//Sekunden, wobei /
(Hz) die Netzfrequenz ist, während mit 71 die Zeitspanne bezeichnet ist. in der der Strom durch das
M Magnetron 3 fließt, und mit T2 die Zeitspanne, in der der
Strom durch den Hochspannungsschalter 6 zu dem Gleichrichter 5 fließt, wobei T0 = 7\ + T2. Durch
Regelung der Phase des Schließens und öffnens des Hochspannungsschalters 6, wobei durch den in dem
Block 101 vorgesehenen Zeitgeber 9 zur Erzeugung von Ein-Aus-Signalen die wiederholte Ein-Aus-Schaltung
vorgenommen wird, bei der der Hochspannungsschalter 6 jeweils für das Zeitintervall ii innerhalb der
Zubereitungsdauer geschlossen und für das Zeitintervall ti geöffnet wird, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, läßt sich
erreichen, daß die Ein- und Ausschaltung des Hochspannungsschalters 6 stets innerhalb der Zeitspanne 71
erfolgt, in der der Strom das Magnetron 3 durchfließt, also innerhalb jener Zeitspanne, in der kein Strom durch
den Hochspannungsschalter 6 fließt. Demzufolge kommt es praktisch nicht zu einer Bogenbildung
zwischen den Kontakten des Hochspannungsschalters 6, das elektromagnetische Rauschen unterbleibt und
während des Schaltens tritt kein Stromstoß auf. Wegen des Unterbleibens der Bogenbildung kann ferner kein
nennenswerter bogenbedingter Kontaktverrchleiß eintreten, was eine hohe Lebensdauer und eine hohe
Zuverlässigkeit verbürgt. Die gleichen Wirkungen werden auch erzielt, wenn der Hochspannungsschalter 6
direkt an den positiv gepolten Anschluß des Gleichrichters 5 gelegt wird, also zwischen die Kontakte Λ'und /'
in Fig.6. Für diese Ausführungsform der Fig.6 sollen
die Betriebsabläufe in der Phasenregelschaltung 101 im einzelnen nicht erörtert werden, doch da die Phasenbe-Ziehungen
des Magnetronstromverlaufs und des Gleichrichter-Halbwellenstromverlaufs
(in F i g. 7a bzw. 7b gezeigt) sowie weiterhin des Spannungsverlaufs über dem Gleichrichter, der in F i g. 8 dargestellt ist, in bezug
auf den Netzspannungsverlauf auf der Primärseite des Netztransformators (zwischen den Anschlüssen b und b'
in Fig. 1) keine wesentlich anderen sind, kann eine
Phasenregelung der Ein-Ausschaltphase des Hochspannungsschalters durch Demodulation des Spannungsverlaufs
der Netzspannung und durch Erzeugung eines Phasendemodulationsimpulses wie bei der Ausführungsform
der F i g. 1 vorgenommen werden.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht tritt bei dem erfindungsgemäßen Ausgangsregler für Mikrowellenofen
kein nennenswerter Stoßstrom auf, der durch das Erregen des Transformators bedingt ist und die
Auswirkungen auf die übrigen Einrichtungen werden daher vermindert Auch entfällt die Notwendigkeit, für
den Magnetstromheizer eigens einen Heizertransfor-
mator vorzusehen, da der Heizeriransformator mit dem
Netztransformator integriert werden kann, was die Aufwendigkeit verringert. Falls die Ein-Aus-Regelung
durch den Hauptschalter 1 gemäß der Darstellung der F i g. 4 vorgenommen werden soll, so war bei de.n nach
dem Stand der Technik bekannten System vom Augenblick des Schließens des Hauptschalters 1 bis zum
Erreichen des eingeschwungenen Zustandes in der Energieabgabe durch das Magnetron 3 eine Zeitdauer
von etwa 2 Sekunden erforderlich, wogegen im Rahmen der Erfindung nach dem Schließen des Hochspannungs-
schalters 6 nur etwa Vf Sekunden erforderlich sind
(wobei /(Hz) die Netzfrequenz ist). Die im Rahmen der Erfindung zum Erreichen des eingeschwungenen Zustandes
erforderliche Zeitspanne ist also kurz. Da zudem eine Bogenbildung zwischen den Schalterkontakten
beim An- und Abschalten unterbleibt und da kein elektromagnetisches Rauschen und kein Stoßstrom
auftritt, ist ferner auch die Gewähr für eine lange Lebensdauer und eine hohe betriebliche Zuverlässigkeit
to gegeben.
Claims (2)
- Patentansprüche;1, Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen zur intermittierenden Steuerung eines Magnetrons, mit einem Transformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Magnetron verbunden ist, einer Gleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter und einem Kondensator, die parallel zur Sekundärwicklung geschaltet sind, einem Hochspannungs- '° schalter, der zwischen der Kathode des Magnetrons und einem Verbindungspunkt von Kondensator und Gleichrichter liegt, und einer Steuerschaltung mit einer Zeitgeberschaltung zur Abgabe eines Ein-Aus-Schaltsignals an den Hochspannungsschalter, da- >3 durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (101) einen Phasendemodulationsimpulsgenerator (10) zur Erfassung der Phase der Primärspannung des Transformators (2) und zur Abgabe eines Impulssignals mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zu der Primärspannungsphase an die Zeitgeberschaltung (9) aufweist, die in Abhängigkeit von dem Impulssignal das Ein-Aus-Schaltsignal zeitlich in einer Weise erzeugt, daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Zeitspanne (T3) geschlossen wird, in der die Spannung über dem Gleichrichter (5) kleiner als die Schwingstartspannung des Magnetrons (3) ist, und daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Halbwellenperiode (T^) geöffnet wird, in der die Polarität einen Stromfluß durch das Magnetron nicht zuläßt
- 2. Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen zur intermittierenden Steuerung eines Magnetrons, mit einem Transformator, (iessen Vrimärwicklung mit einer Wechselstromquelle und dessen Sekundär- κ wicklung mit dem Magnetron verbunden ist, einer Gleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter und einem Kondensator, die parallel zur Sekundärwicklung geschaltet sind, einem Hochspannungsschalter, der zwischen dem Gleichrichter und der Anode des Magnetrons liegt, und einer Steuerschaltung mit einer Zeitgeberschaltung zur Abgabe eines Ein-Aus-Schaltsignals an den Hochspannungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (101) einen Phasendemodulationsimpulsgenerator(10)zur Erfassung der Phase der Primärspannung des Transformators (2) und zur Abgabe eines Impulssignals mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zu der Primärspannungsphase an die Zeitgeberschaltung (9) aufweist, die in Abhängigkeit von dem so Impulssignal das Ein-Aus-Schaltsignal zeitlich in einer Weise erzeugt, daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Zeitspanne geschlossen wird, in der die an dem Hochspannungsschalter (6) anliegende Spannung im wesentlichen Null ist, und daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Zeitspanne (Tt) geöffnet wird, in der durch den Hochspannungsschalter kein Strom fließt.
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