DE3802231A1

DE3802231A1 - Einrichtung zum regeln der magnetronleistung eines hhf-haushaltsofens

Info

Publication number: DE3802231A1
Application number: DE3802231A
Authority: DE
Inventors: Jurij Alekseevic Spiridonov; Vladimir Ivanovic Chandogin; Anatolyj Ivano Ivanov-Tsyganov
Original assignee: IVANOV TSYGANOV ANATOLYJ IVANO
Current assignee: IVANOV TSYGANOV ANATOLYJ IVANO
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-01-26
Publication date: 1989-07-27
Also published as: US4816986A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf HHE-Einrichtungen, welche die Erwärmung von dielektrischen Werkstoffen gewährleisten und sie betrifft insbesondere eine Ein richtung zum Regeln der Magnetronleistung eines HHF- Haushaltsofens.

Die Erfindung kann in der Kommunal- und Haushalts- Mikrowellenelektronik und bei leistungsschwachen in dustriellen Anlagen zur Verdampfung von flüssigen Ge mischen, zur dielektrischen Wärmebehandlung, Gewähr leistung der Sollfeuchtigkeit des Mediums genutzt werden.

Die Verminderung von Masse und Außenabmessungen stellt unter Beibehaltung hoher Betriebssicherheit eine der Hauptforderungen dar, die an die Haushalttechnik, z.B. an die Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung des HHF-Haushaltofens gestellt werden, der kompakt, leicht sein muß und keine elektromagnetischen Störun gen in den Speisekreisen erzeugen darf, die andere radioelektronische Haushaltsgeräte beeinflussen.

Bekannt ist eine Einrichtung zum Regeln der Magnetron leistung für HHF-Haushaltsöfen (Sammelband "Elektron naya tekhnika", Reihe Elektronika SVCh (Mikrowellen elektronik), Heft 5, 1985, Moskau, P.W. Batsew "Sistema avtomaticheskogo upravleniya sovremennykh promyshlennykh ustanovok SVCh-hagreva" (Automatisches Steuerungssystem für industrielle HHF-Erwärmungsanlagen, Teil II); Analis reshimow raboty dvukhchastotnogo magne trona v sovremennykh istochnikakh SVCh-energii dlya promyshlennogo nagreva (Analyse der Betriebsarten eines Zweifrequenzmagnetrons bei den modernen HHF-Energie quellen für industrielle Erwärmung, S. 50 bis 54), die einen Anodenspannungsregler für das Magnetron mit einem Stromgeber und einer Steuereinheit sowie eine Heiz spannungsquelle für das Magnetron enthält, wobei der Anodenspannungsregler des Magnetrons in Form eines Thyristorreglers mit einem in Reihe geschalteten Trans formator ausgebildet ist, in dessen Ausgangsstromkreise eine Drossel geschaltet ist.

Die bekannte Einrichtung hat beträchtliche Außenab messungen und große Masse sowie geringe Betriebssicher heit.

Das hängt damit zusammen, daß die Energie für den Anodenstromkreis des Magnetrons bei der bekannten Ein richtung auf einer tiefen Frequenz - unmittelbar auf der industriellen Netzfrequenz (50 bis 60 Hz) umgeformt und geregelt wird, was zur Vergrößerung der Masse und der Außenabmessungen der Transformatoren und Filter der Einrichtung führt. Die in Reihe mit dem mit einer elek tronischen Steuereinheit versehenen Thyristorregler ge schalteten Elemente - ein Leistungstransformator, ein Leistungsmagnet, eine Drossel, die in den Anodenstrom kreis des Magnetrons geschaltet sind - stellen für die Thyristoren eine stark ausgeprägte induktive Last dar, wodurch die Betriebssicherheit der Thyristoren herab gesetzt wird. Die Impulssteuerung der Thyristoren er zeugt einen intermittierenden Impulsstrom, der in den Stromkreisen elektromagnetische Störungen hervorruft, die die andere funkelektronische Apparatur beeinflussen.

Bekannt ist eine Einrichtung zum Regeln der Magnetron leistung eines HHF-Haushaltsofens (Sammelband Elektron naya tekhnika, Reihe Elektronika SVCh (Mikrowellenelek tronik), Heft 4, 1981, Moskau, M.N. Molokhov, I.D. Maslakov "Regulieruemy stabilisator vykhodnoi mosch nosti magnetrona" (Regelbarer Stabilisator der End leistung des Magnetrons), S. 56 bis 58), die einen Anodenspannungsregler für das Magnetron, der ausgangs seitig an dessen Anodenstromkreis angeschlossen ist, und eine Heizspannungsquelle für das Magnetron auf weist, deren Ausgang an den Heizfaden angeschlossen ist. Der Anodenspannungsregler dieser Einrichtung enthält einen Thyristor mit Steuerschaltung und einen Transfor mator, dessen Sekundärwicklung an den Anodenstromkreis des Magnetrons angeschlossen ist. Der Thyristor und die Primärwicklung des Transformators sind in Reihe geschal tet und werden unter industrielle Netzspannung gesetzt. Die Heizspannungsquelle ist als Einzeltransformator ausgebildet, dessen Primärwicklung an die industrielle Netzspannung und dessen Sekundärwicklung an den Heiz faden des Magnetrons geschaltet ist. Die Steuerschal tung erzeugt Signale, die die Einschaltzeit des Thy ristors, d.h. die Dauer der Spannungszuführung an die Primärwicklung des Transformators, bestimmen. Dabei ändert sich die Breite der HHF-Energieimpulse, die das Magnetron in jeder Halbperiode der Speisespannung er zeugt. Dabei wird die mittlere Leistung der HHF-Energie auf einem vorgegebenen Niveau aufrechterhalten.

Zum Unterschied von der oben beschriebenen bekannten Einrichtung weist diese Einrichtung keine Drossel auf, die die Betriebssicherheit der Thyristoren be einträchtigt.

Sowohl bei der erstgenannten als auch bei der oben be schriebenen Einrichtung wird jedoch die Energie für den Anodenstromkreis des Magnetrons unmittelbar auf der industriellen Netzfrequenz umgeformt und geregelt, d.h. die Kommutierung der Thyristoren und der Betrieb des Transformators erfolgt auf einer Tieffrequenz, was die Vergrößerung der Masse und Außenabmessungen des Transformators und der Filter herbeiführt, sowie die Stromaufnahme infolge eines beträchtlichen Leerlauf stromes erhöht und somit den Wirkungsgrad beeinträch tigt. Bei der bekannten Einrichtung arbeitet das Mag netron in keinem optimalen Betrieb, weil die Spannung, die der Magnetronanode zugeführt wird, die Form von halben Sinuswellen hat, was zur Verminderung der Effek tivität des Magnetrons führt. Das hängt in erster Linie damit zusammen, daß sich das von dem Magnetron erzeugte Frequenzspektrum erweitert, während die Werte der Ano denspannung, bei denen die Magnetronleistung maximal ist, nur in einem geringen Zeitintervall der Periode der Speisespannung vorliegen. Dadurch, daß dabei keine Stabilisierung der Heizspannung für das Magnetron vor gesehen ist, wird die Lebensdauer seiner Kathode wesentlich verkürzt, weil die Schwankungen der Ein gangsspannung eine Temperaturänderung der Magnetron kathode und somit eine nicht optimale Ausnutzung der letzteren im Magnetron sowie einen Frühausfall infolge Über- oder Untererwärmung herbeiführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ein richtung zum Regeln der Magnetronleistung für einen HHF-Haushaltsofen zu entwickeln, die eine solche schaltungstechnische Lösung hat, daß sie Energie regelung für den Anodenstromkreis und den Heizfaden des Magnetrons auf einer Hochfrequenz ermöglicht, was die Hauptabmessungen und die Masse der Einrichtung zu verkleinern, deren Wirkungsgrad und Betriebssicherheit dagegen zu erhöhen gestattet.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß bei einer Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung in einem HHF-Haushaltsofen, die einen Anodenspannungsregler für das Magnetron, der ausgangsseitig an dessen Anodenstrom kreis angeschlossen ist, und eine Heizspeisequelle für das Magnetron enthält, deren Ausgang an dessen Heiz faden angeschlossen ist, erfindungsgemäß der Anoden spannungsregler eine Reihenschaltung aus einem Gleich spannung/Wechselspannung-Brückenwandler, dessen Ein gang den Leistungseingang des Anodenspannungsreglers darstellt, einem Transformator, einem Gleichrichter und einem Filter, dessen Ausgang den ersten, zum An schluß an den Anodenstromkreis des Magnetrons vorge sehenen Ausgang des Anodenspannungsreglers bildet, auf weist, sowie eine Diode, deren Eingang am Leistungsein gang des Anodenspannungsreglers liegt und deren Aus gang den zweiten Ausgang des Anodenspannungsreglers bildet, eine Reihenschaltung aus einer Gleichstrom quelle, einem Stromamplitudenformer, dessen Steuerein gang am Ausgang des Filters liegt, einem magnetischen Sättigungselement, dessen Ausgang an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist und einem Steuer impulspaketformer für den Anodenspannungsregler, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Betriebsstellers des HHF- Ofens verbunden und dessen Ausgang an die Steuerein gänge des Brückenwandlers angeschlossen ist, enthält, wobei die Heizspeisequelle eine Reihenschaltung aus einem Gleichspannung/Wechselspannung-Halbbrückenwand ler, dessen Leistungseingang am zweiten Ausgang des Anodenspannungsreglers liegt, und einem Transforma tor, der mindestens zwei Sekundärwicklungen aufweist, wobei die Anschlußenden der einen Sekundärwicklung den für den Anschluß an den Heizfaden des Magnetrons bestimmten Ausgang der Heizspeisequelle bilden, sowie einen Impulspaketformer für die Heizspannungsstabili sierung enthält, dessen Eingang an die andere Sekundär wicklung des Transformators der Heizspeisequelle und dessen Ausgänge an die Steuereingänge des Halbbrücken wandlers angeschlossen sind; außerdem enthält die Ein richtung - in Reihe geschaltet - einen Netzgleichrich ter, dessen Eingang den Leistungseingang der Einrich tung bildet, einen Anlaßstrombegrenzer, eine Kondensator kette und eine Drossel, deren Eingang an den Leistungs eingang des Anodenspannungsreglers angeschlossen ist.

Das magnetische Sättigungselement kann mit einem ersten und einem zweiten Ringkern, die koaxial zueinan der angeordnet sind, einer Steuerwicklung, deren Win dungen gleichzeitig den ersten und zweiten Ringkern umfassen, und einer Arbeitswicklung ausgeführt werden, die aus zwei gegengeschalteten Wicklungshälften be steht, von denen die eine am ersten und die andere am zweiten Ringkern angeordnet ist.

Das magnetische Sättigungselement kann auch mit einem Ringkern mit einem damit fluchtenden ringförmigen Hohlraum und zwei Wicklungen - einer Arbeits- und einer Steuerwicklung - ausgeführt werden, von denen die Steuerwicklung im ringförmigen Hohlraum koaxial dazu angeordnet und die Arbeitswicklung von außen der art auf den Ringkern gewickelt ist, daß ihre Windungs ebenen orthogonal zu denjenigen der Steuerwicklung an geordnet sind.

Es ist günstig, wenn der Stromamplitudenformer einen Leistungstransistor, dessen Eingang bzw. Ausgang den Eingang bzw. den Ausgang des Stromamplitudenformers bilden, und eine Reihenschaltung einer Vergleichs schaltung, deren einer Eingang den Steuereingang des Stromamplitudenformers bildet und deren zweiter Ein gang an den Ausgang einer Bezugsspannungsquelle an geschlossen ist, sowie einen Gleichstromverstärker enthält, dessen Ausgang am Steuereingang des Leistungs transistors liegt.

Es ist weiter zweckmäßig, wenn der Steuerimpulspaket former - in Reihe geschaltet - einen Taktgenerator, eine erste UND-Schaltung, einen ersten Impulszähler, einen zweiten Impulszähler, eine zweite UND-Schaltung, einen selbsterregten Schwingungserzeuger mit Synchro nisierungseingängen, dessen Ausgang den des Impuls paketformers bildet, sowie eine dritte UND-Schaltung, deren Ausgang an den zweiten Eingängen der ersten und zweiten UND-Schaltungen liegt und deren Eingang den Steuereingang des Impulspaketformers bildet und eine vierte UND-Schaltung, deren Eingänge jeweils an die Ausgänge des zweiten Impulszählers und der dritten UND- Schaltung und deren Ausgang an den zweiten Eingang des selbsterregten Schwingungserzeugers mit Synchronisie rungseingängen angeschlossen sind, enthält.

Durch die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführte Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung eines HHF-Ofens wird die Stabilisierung der Anodenspannung des Magnetrons auf einem vorgegebenen gleichbleibenden Niveau gewährleistet, was die Magnetronleistung wirk samer auszunutzen und den Anodenspannungskoeffizienten zu erhöhen gestattet, wodurch der Wirkungsgrad der Ein richtung erhöht wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist einem hoch frequenten Betrieb angepaßt, was die Möglichkeit bot, ihre Außenabmessungen und Masse zu vermindern, den durch die Einrichtung nach der Erfindung erzeugten magnetischen Störpegel in den Stromkreisen anderer funkelektronischer Apparate zu senken und die Betriebs sicherheit zu steigern.

Die durch die erfindungsgemäße Einrichtung gewähr leistete Konstanz der Heizspannung des Magnetrons in einem breiten Bereich von Destabilisierungsfaktoren ge stattet es, die Betriebssicherheit des Magnetrons des HHF-Haushaltsofens zu erhöhen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand konkreter Aus führungsbeispiele unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:.

Fig. 1 ein Strukturschaltbild für eine Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung eines HHF-Haus haltsofens;

Fig. 2 eine erste elektrische Schaltung für einen Gleichspannung/Wechselspannung-Brückenwandler;

Fig. 3 eine zweite elektrische Schaltung für einen Gleichspannung/Wechselspannung-Halbbrückenwandler;

Fig. 4 ein magnetisches Sättigungselement mit zwei Ring kernen in isometrischer Darstellung;

Fig. 5 ein magnetisches Sättigungselement wie in Fig. 4 mit einem Ringkern;

Fig. 6 eine elektrische Schaltung für einen Anlaßstrom begrenzer;

Fig. 7 ein Strukturschaltbild für einen Steuerimpuls paketformer des Anodenspannungsreglers;

Fig. 8 ein Strukturschaltbild für einen Impulspaket former der Heizspannungsstabilisierung;

Fig. 9 ein Strukturschaltbild für einen Stromampli tudenformer;

Fig. 10a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m Spannungsdiagramme an verschiedenen Punkten der in Fig. 1 dargestellten Schaltung, die die Arbeit der erfindungsgemäßen Einrichtung näher erläutern;

Fig. 11 ein Signalflußbild am Ausgang des Steuerimpuls paketformers des Anodenspannungsreglers.

In den Diagrammen von Fig. 10 und 11 wurde die Spannung U in V auf den Ordinatenachsen und die Zeit t in s auf der Abszissenachse aufgetragen.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung in einem HHF-Haushaltsofen enthält einen Anodenspannungsregler 1, der - in Reihe geschal tet - einen Gleichspannung/Wechselspannung-Brücken wandler 2, dessen Eingang den Leistungseingang 3 des Anodenspannungsreglers 1 darstellt, einen Transformator 4, dessen Sekundärwicklung 5 an den Eingang eines Gleich richters 6 angeschlossen ist, und ein Filter 7 umfaßt, dessen Ausgang den ersten Ausgang 8 des Anodenspannungs reglers 1 bildet, der an den Anodenstromkreis 9 des Magnetrons 10 angeschlossen ist. Der Anodenspannungs regler 1 enthält ebenfalls eine Gleichstromquelle 11, an deren Ausgang der Leistungseingang 12 eines Strom amplitudenformers 13 angeschlossen ist, dessen Steuer eingang 14 an den Anodenstromkreis 9 des Magnetrons 10 geschaltet ist, während der Ausgang des Stromamplituden formers 13 mit dem Eingang 15 eines mit der Primär wicklung 17 des Transformators parallelgeschalteten magnetischen Sättigungselements 16 in Verbindung steht.

Außerdem enthält der Anodenspannungsregler 1 auch einen Steuerimpulspaketformer 18 für den Anoden spannungsregler 1, dessen Ausgänge an die Steuerein gänge 19 des Gleichspannung/Wechselspannung-Brücken wandlers 2 angeschlossen sind und dessen Eingang mit einem Betriebssteller 20 des HHF-Ofens verbunden ist, sowie eine Diode 21, deren Eingang am Leistungseingang 3 des Brückenwandlers 2 liegt, während der Ausgang der Diode 21 den zweiten, an den Eingang der Heizspeise quelle 23 angeschlossenen Ausgang 22 des Anodenspannungs reglers 1 bildet. Die Heizspeisequelle 23 enthält - in Reihe geschaltet - einen Impulspaketformer 24 für die Heizspannungsstabilisierung, einen Gleichspannung/ Wechselspannung-Halbbrückenwandler 25 und einen Trans formator 26, der eine Primärwicklung 27 und Sekundär wicklungen 28, 29, 30 aufweist. Der Stabilisierungs impulspaketformer 24 ist mit seinem Eingang an die Aus leitungen der Sekundärwicklung 28 des Transformators 26 und mit seinen Ausgängen an die Steuereingänge 31 des Halbbrückenwandlers 25 angeschlossen. Die Anschlußenden der Sekundärwicklung 29 des Transformators 26 bilden die Ausgänge der Heizspeisequelle 23 und sind an den Heizfaden 32 des Magnetrons 10 angeschlossen. An die Anschlußenden der Sekundärwicklung 30 ist mit seinen Eingängen ein Zusatzgleichrichter 33 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Steuereingang 34 des Anlaßstrom begrenzers 35 verbunden ist. Die Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung eines HHF-Haushaltsofens enthält ebenfalls - in Reihe geschaltet - einen Netzgleich richter 36, dessen Eingang den Leistungseingang der Regeleinrichtung für die Magnetronleistung bildet und zum Anschluß an ein Versorgungsnetz bestimmt ist und dessen Ausgang mit dem Leistungseingang 37 des Anlaß strombegrenzers 35 in Verbindung steht, eine Konden satorkette 38 und eine Drossel 39, deren Eingang am Leistungseingang 3 des Anodenspannungsreglers 1 des Magnetrons liegt.

Fig. 2 zeigt die elektrische Schaltung einer ersten Ausführungsform für den Gleichspannung/Wechsel spannung-Brückenwandler 2. Der Wandler 2 enthält vier gesteuerte Transistorschalter 40, 41, 42, 43, die jeder in einen der Zweige der Brückenschaltung eingeschaltet ist, wobei die Anschlußenden eines Diagonalzweiges dieser Brückenschaltung an den Lei stungseingang 3 des Anodenspannungsreglers 1 ange schlossen sind und die Primärwicklung 17 des Transfor mators 4 in den anderen Diagonalzweigeingeschaltet ist. Die Steuereingänge der Transistorschalter 40 bis 43 sind die Steuereingänge 19 des Brückenwandlers 2.

Um dynamische Verluste in den Transistorschaltern 40 bis 43 zu vermindern, ist zu jedem von ihnen eine Kette 44 parallelgeschaltet, die aus einer Diode 45 besteht, die an einen Widerstand 46 und einen Kondensator 47 an geschlossen ist, welche parallelgeschaltet sind.

Fig. 3 zeigt die elektrische Schaltung einer zweiten Ausführungsform für den Gleichspannung/Wechselspannung- Halbbrückenwandler 25. Der Wandler 25 ist nach einer Brückenschaltung ausgeführt, bei der in zwei Nachbar zweige gesteuerte Transistorschalter 48, 49 und in zwei andere Zweige Kondensatoren 50, 51 eingeschaltet sind. Die Anschlußenden eines Diagonalzweiges der Brückenschaltung bilden den Leistungseingang des Halb brückenwandlers 25, während die Primärwicklung 27 des Transformators 26 in den anderen Diagonalzweig ein geschaltet ist. Die Steuereingänge der Transistorschal ter 48, 49 sind mit den Steuereingängen 31 des Wand lers 25 verbunden. Um dynamische Verluste in den Tran sistorschaltern 48, 49 zu vermindern, sind zu ihnen den oben beschriebenen ähnliche Ketten 44 parallel geschaltet.

Eine in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform des mag netischen Sättigungselements 16 enthält koaxial zu einander angeordnete Ringkerne 52, 53, eine Steuer wicklung 54, deren Windungen gleichzeitig die beiden Kerne 52 und 53 umfassen und deren Enden an den Ein gang 15 des magnetischen Sättigungselements 16 ange schlossen sind, sowie eine Arbeitswicklung 55, die aus zwei gegengeschalteten Wicklungshälften 55′ und 55′′ besteht, von denen die Wicklungshälfte 55′ am Kern 52 und die Wicklungshälfte 55′′ am Kern 53 an geordnet ist, wobei die Anschlußenden der Wicklung 55 an den Ausgang des magnetischen Sättigungselements 16 angeschlossen sind.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform für das mag netische Sättigungselement 16, bei der es einen Ring kern 56 darstellt, der einen ringförmigen, mit diesem fluchtenden Hohlraum 57, in dem eine Steuerwicklung 58 koaxial dazu angeordnet ist, und eine auf den Ringkern 56 gewickelte Arbeitswicklung 59 aufweist. Die Wicklun gen 58 und 59 sind relativ zueinander derart ausge richtet, daß die Windungsebenen der Arbeitswicklung 59 orthogonal zu denjenigen der Steurwicklung 58 verlau fen. Die Anschlußenden der Steuerwicklung 58 sind an den Eingang 15 des magnetischen Sättigungselements 16 und die der Arbeitswicklung 59 an seinen Ausgang ange schlossen. Zur leichteren Montage des magnetischen Sättigungselements 16 ist der Ringkern 56 in der Höhe lösbar ausgeführt.

Der Netzgleichrichter 36 (seine elektrische Schaltung ist in der Zeichnung nicht dargestellt) kann in einer Brückenschaltung ausgeführt werden, in deren Zweige Dioden geschaltet sind und deren Diagonalzweig für den Anschluß an das Speisenetz bestimmt ist.

Die Kondensatorkette 38 (ihre Schaltung ist in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellt) kann in Form eines parellelgeschalteten Kondensatorsatzes ausge führt werden.

Fig. 6 zeigt den Anlaßstrombegrenzer 35, der in Form eines Widerstandes 60 und eines gesteuerten Schalters 61, die zueinander parallelgeschaltet sind, ausgeführt ist, wobei der Steuereingang des Schalters 61 am Steuer eingang 34 des Begrenzers 35 liegt. Der Leistungsein gang 37 des Anlaßstrombegrenzers 35 ist mit einem ge meinsamen Punkt 62 verbunden, in dem ein Anschluß des Widerstandes 60 und die erste Leistungselektrode des Halbleiterschalters 61 zusammengeschaltet sind. Der ge meinsame Punkt 63 des anderen Anschlusses des Wider standes 60 und der zweiten Leistungselektrode des Halb leiterschalters 61 ist mit dem Ausgang des Anlaßstrom begrenzers 35 verbunden.

Fig. 7 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel für den Steuerimpulspaketformer 18 für den Anodenspannungs regler 1 des Magnetrons, welcher - in Reihe geschaltet - einen Taktgenerator 64, eine UND-Schaltung 65, einen ersten Impulszähler 66, einen zweiten Impulszähler 67, eine UND-Schaltung 68 und einen selbsterregten Schwin gungserzeuger 69 mit Synchronisierungseingängen 70, 71 aufweist. Außerdem enthält der Steuerimpulpaketformer 18 eine dritte UND-Schaltung 72, deren Ausgang an die zweiten Eingänge der UND-Schaltungen 65 und 68 ange schlossen ist und deren Eingang den Steuereingang des Steuerimpulspaketformers 18 bildet, und eine vierte UND-Schaltung 73, deren Eingänge jeweils an die Aus gänge des Impulszählers 67 bzw. der UND-Schaltung 72 angeschlossen sind und deren Ausgang mit dem Eingang 71 des selbsterregten Schwingungserzeugers 69 verbunden ist, wobei die Ausgänge des letzteren als Ausgänge des Impulspaketformers 18 dienen.

Fig. 8 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel für den Impulspaketformer 24 für die Heizspannungsstabili sierung, der - in Reihe geschaltet - einen Taktgene rator 74, eine UND-Schaltung 75, einen ersten Impuls zähler 76, einen zweiten Impulszähler 77, eine UND- Schaltung 78 und einen selbsterregten Schwingungser zeuger 79 mit Synchronisierungseingängen 80, 81 ent hält, dessen Ausgänge die Ausgänge des Impulspaketfor mers 24 bilden. Außerdem enthält der Impulspaketformer 24 eine dritte UND-Schaltung 82, deren Ausgang mit den zweiten Eingängen der Schaltungen 75 und 78 verbunden und deren Eingang an die Sekundärwicklung 28 (Fig. 1) des Transformators 26 angeschlossen ist, eine vierte UND-Schaltung 83 (Fig. 8), deren Eingänge jeweils an die Ausgänge des Impulszählers 77 bzw. der UND-Schaltung 82 angeschlossen sind und deren Ausgang mit dem Eingang 81 des selbsterregten Schwingungserzeugers 79 verbunden ist.

Fig. 9 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel für den Stromamplitudenformer 13, der mit einem Leistungstran sistor 84, dessen Ein- und Ausgang den Eingang 12 bzw. den Ausgang des Stromamplitudenformers 13 bilden und einer Reihenschaltung aus einer Vergleichsschaltung 85, deren einer Eingang den Steuereingang 14 des Strom amplitudenformers 13 bildet und deren zweiter Eingang an den Ausgang einer Vergleichsspannungsquelle 86 an geschlossen ist, und einem Gleichstromverstärker 87 ausgeführt ist, der mit seinem Ausgang an den Steuer eingang des Leistungstransistors 84 angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung eines HHF-Haushaltsofens arbeitet wie folgt:

Beim Anschluß der Einrichtung an das öffentliche Wechselstromnetz wird diese Spannung durch den Netz gleichrichter 36 (Fig. 1) gleichgerichtet (das Dia gramm des Spannungsverlaufes am Ausgang des Gleich richters 36 zeigt Fig. 10a). Dann wird diese Spannung durch eine energieintensive Kondensatorkette 38 ge filtert, wobei der Nennwert der Kondensatoren der Kette 38 derart bemessen ist, daß die Größe von Pulsa tionen U _c 2 bis 5% des Werts E _m der (gleichgerichteten) Amplitudenspannung nicht überschreitet (Fig. 10b). Da die Größe der Kondensatorkapazitäten der Kette 38 be trächtlich ist, ist der Anlaßstrombegrenzer 35 zwischen den Netzgleichrichter 36 und die Kondensatorkette 38 geschaltet, um den Verbraucher gegen überschüssige Stromsprünge im öffentlichen Versorgungsnetz zu schüt zen, die die Ursache von Brand oder Betriebsausfällen anderer Elektro- und Funkgeräte sein können (z.B. Bildkippstörung bei Fernsehempfängern). Im ersten Augenblick wird die Kondensatorkette 38 über einen Widerstand 60 (Fig. 6) aufgeladen. Dann wird der Widerstand 60 nach Ablauf einiger Zeit, gewöhnlich nicht mehr als 1 s, durch den gesteuerten Schalter 61 kurzgeschlossen.

Ferner wird die Gleichspannung von der Kondensator kette 38 (Fig. 1) über die Drossel 39 dem Eingang 3 des Anodenspannungsreglers 1 zugeführt. Der Regler 1 ist mit einem Brückenspannungswandler 2 ausgeführt, dessen Steuereingängen 19 eine rechteckige Mäander spannung (Fig. 10c) von dem Impulspaketformer 18 zu geführt wird.

Die Transistorschalter 40 (Fig. 2), 41, 42, 43 des transformatorischen Brückenspannungswandlers 2 be finden sich abwechselnd in zwei quasi stabilen Zu ständen. Die Zeit des stabilen Zustandes ist gleich einer halben Periode der Steuerspannung, die von dem Impulspaketformer 18 (Fig. 1) den Eingängen 19 des Wandlers 2 zugeführt wird. Die Arbeitswicklung 55 (Fig. 4) oder 59 (Fig. 5) des magnetischen Sättigungs elements 16 ist mit der Primärwicklung 17 des Trans formators 4 des transformatorischen Spannungswandlers parallelgeschaltet.

Betrachten wir nun die Arbeit der Einrichtung mit einer in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform für das magnetische Sättigungselement 16. Der Stromamplituden former 13 (Fig. 1) und die Steuerwicklung 58 (Fig. 5) des magnetischen Sättigungselements 16 werden von einem Strom durchflossen, der die Entstehung der Quer komponente B _x der Magnetinduktion im Kern 56 hervor ruft:

worin
B _x - Komponente der Magnetinduktion der Kernsättigung in Richtung X-Achse;
µ - Permeabilität des Kernwerkstoffes;
µ₀ - Vakuumpermeabilität;
I - Strom, von dem der Stromamplitudenformer 13 durchflossen wird;
W₁ - Windungszahl der Steuerwicklung 58;
I₀ - mittlere Länge der Feldlinien im Kern 56
sind.

Die Längskomponente B der Magnetinduktion, die vom Strom in der Arbeitswicklung 59 des magnetischen Sättigungselements 16 durchflossen wird, errechnet sich aus folgendem Verhältnis:

worin
E _m - Spannungsamplitude am Ausgang des Gleichrichters 36;
F - Frequenz der Steuerimpulse an den Eingängen 29 des Wandlers 2;
Q - Querschnittsfläche des Magnetwerkstoffes des Kernes 56 mit einer Ebene, die durch die Y- Achse verläuft;
W₂ - Windungszahl der Arbeitswicklung 59
sind.

Die gesamte Induktion B im Kern 56 des magnetischen Sättigungselements 16 wird wie folgt ermittelt:

worin
B _S - Sättigungsinduktion des Kernwerkstoffes des magnetischen Sättigungselements
ist.

Bei Stromlosigkeit des Stromamplitudenformers 13 wird sich die Induktion B im Kern 56 innerhalb

+B _S < B < -B _S

ändern.

Beim Stromeinsatz in der Steuerwicklung 58 des mag netischen Sättigungselements 16 ist die Induktion B im Kern 56 im Laufe eines Teils der Halbperiode der den Eingängen 19 zugeführten Steuerspannung konstant und gleich B _S, d.h. das magnetische Sättigungselement 16 befindet sich im Sättigungszustand (sh. Fig. 10d). Die Verweilzeit des Elements 16 im Sättigungszustand ist gleich t ₁, die Linearänderungszeit der Induktion B im Element 16 beträgt t ₂. Während der Zeit t ₁ ist der Ausgang des Brückenspannungswandlers 2 mit einem nied rigen Ausgangswiderstand des Elements 16 überbrückt. Dabei nimmt der die Transistorschalter 40 bis 43 (Fig. 2) durchfließende Strom nicht zu, weil die Drossel 39 in den Speisekreis des Brückenspannungswandlers 2 geschaltet ist. Während der Zeit t ₁ wird die Spannung E _m an die Drossel 39 angelegt. Nach der Umschaltung der Transistorschalter 40 bis 43 gerät das magnetische Sättigungselement 16 aus dem Sättigungszustand, die Drossel 39 invertiert jedoch die Spannung an ihrer Wicklung. Sich mit der Spannung an der Kondensatorkette 38 summierend wird diese Spannung dem Eingang 3 des Brückenspannungswandlers 2 zugeführt (Fig. 10e). Die Spannungsamplitude E _m an der Drossel 39 ermittelt sich aus dem Ausdruck:

Die an den Eingang 3 des Brückenspannungswandlers 2 angelegte Spannung ist gleich

E = E _L + E _m mit 0 t t₂
E = 0 mit t₂ t t₁

Fig. 10e zeigt die Form der Spannung an der Wicklung der Drossel 39.

Mit einem richtig gewählten Wert der Induktivität L der Drossel 39 muß der die Drossel 39 durchfließende Strom i _L praktisch gleichbleibend sein (Fig. 10f) . Dazu wird L unter der Bedingung der Erfüllung folgen der Ungleichheit gewählt:

worin
q = - Betriebsschaltverhältnis des magnetischen Sättigungselements 16;
I _min - Minimalstrom am Eingang 3 des Spannungswandlers 2
sind.

An der Sekundärwicklung 5 des Transformators 4 werden heteropolare Impulse mit Pause geformt (sh. Fig. 10g). Dann werden diese Impulse durch den Gleichrichter 6 in unipolare umgesetzt (Fig. 10h) und durch die Kon densatorkette 7 gefiltert (Fig. 10k). Die Kondensatoren der Kondensatorkette 7 werden auf einen

(E _m + E _L) · n = U _a

gleichen Wert aufgeladen,
worin

U _a - Spannung am Ausgang der Kondensatorkette 7;
n - Übersetzungsverhältnis des Transformators 4

sind.

Die Größe der Kondensatorkapazität der Kondensatorkette 7 wird derart gewählt, daß die Pulsationen am Ausgang der Kette 7 gleich Null sind. Gerade diese Spannung wird dem Anodenstromkreis 9 des Magnetrons 10 und dem Steuereingang 14 des Stromamplitudenformers 13 zuge führt. Ein Teil der Ausgangsspannung U _a wird mit einer Vergleichsspannung von der Vergleichsspannungsquelle 86 (Fig. 9) in der Vergleichsschaltung 85 verglichen, und ein Fehlersignal kommt im Leistungstransistor 84 an, der den die Steuerwicklung 58 (Fig. 5) des magne tischen Sättigungselements 16 durchfließenden Strom regelt. Im Hinblick darauf, daß

ist, ändert sich t₁ bei eintretender Änderung von E _m derart, daß die Konstanz von U _a gewährleistet wird.

Bei Vorhandensein von Netzspannungsschwankungen, z.B. bei Senkung der Spannung am Eingang des Netzgleich richters 36 (Fig. 1), nimmt der Strom in der Steuer wicklung 58 (Fig. 5) zu. Der Kern 56 des magnetischen Sättigungselements 16 befindet sich also im Sättigungs zustand binnen längerer Zeit (Fig. 10e). Ähnlich arbei tet das mit zwei Ringkernen ausgeführte und in Fig. 4 dargestellte magnetische Sättigungselement 16, nur mit dem Unterschied, daß der Vektor der Induktion B vom Strom in der Steuerwicklung 54 und von den Strömen in den Wicklungshälften 55′, 55′′ der Arbeitswicklung 55 in einer Ebene verläuft. Da die Spannungsamplitude

am Eingang 3 des Brückenwandlers 2 stabilisiert ist, wird die Spannung an den Kondensatoren 50, 51 (Fig. 3) des Halbbrückenspannungswandlers 25 ebenfalls stabilisiert. Die Transistorschalter 48, 49 des Halbbrückenspannungs wandlers 25 werden über den Impulspaketformer 24 ge steuert (Fig. 1), wobei der Eingang des Formers 24 so an die Wicklung 28 des Transformators 26 ange schlossen ist, daß ein stabiler Effektivwert der Heiz spannung gewährleistet wird. Die Regelung der HHF- Leistung wird durch die Änderung des Verhältnisses zwischen den Zeitabschnitten des Einschalt- und Aus schaltzustandes des Magnetrons gesichert. Dazu ist der Eingang des Impulspaketformers 18 des Anoden spannungsreglers 1 an den Ausgang des Betriebs stellers 20 des Ofens angeschlossen, der die Periodi zität der Ankunft der Impulspakete in den Eingängen 19 vorgibt, welche die Betriebsarten des HHF-Ofens be stimmt: "Wärme", "Schwacherwärmung", "Auftauen", "Schmoren", "Kochen", "Backen", "Braten", "Anwärmen", "Schnellerwärmung".

Bei der Bildung der Steuerimpulse an den Eingängen 19 werden die Transistorschalter 40 bis 43 des transfor matorischen Spannungswandlers 2 gesperrt, was eine Kondensatorentladung der Kondensatorkette 7 und das Ausbleiben von Anodenspannung und -strom im Magnetron 10 herbeiführt (Fig. 10l, 10m).

Bei einem Ausfall der Heizspeisequelle 23 (Fig. 1) oder bei Zerstörung bzw. Durchbrennen des Heizstrom kreises (einer der überwiegenden Ausfalltypen) bleibt die Spannung am Ausgang des Zusatzgleichrichters 33 aus, was wiederum zum Sperren des gesteuerten Schal ters 61 (Fig. 1) in der ersten nächsten Halbperiode der Wechselspannung führt, die dem Eingang des Strom begrenzers 35 (durch Verminderung des den gesteuerten Schalter 61 durchfließenden Stromes auf Null) zuge führt wird. Der gesteuerte Schalter 61 wird gesperrt und der Widerstand 60 von einem Strom durchflossen, der den Überstrom und die Spannungserhöhung an der Anoden-Kathoden- Strecke des Magnetrons 10 im Leer laufbetrieb begrenzt. Dieser Schutz gestattet es, Ausfälle zu beheben, die mit durch die Spannungser höhung im Anodenstromkreis verursachten elektrischen Durchschlägen zusammenhängen. Solche Störungen führen sonst zu unbehebbaren Ausfällen von Transformator, Dioden, Kondensatoren und Bauart der Einrichtung.

Nachfolgend wird die wirkungsweise des Impulspaket formers 18 (Fig. 1) näher erläutert. Der Taktgenerator 64 (gewöhnlich ein Quarztaktgenerator mit 10 bis 10 MHz Frequenz) ist über die UND-Schaltung 65 an die Impulszähler 66, 67 gelegt und die Ausgänge der Impuls zähler 66, 67 sind ebenfalls über die UND-Schaltungen 68, 73 an die Synchronisierungseingänge 70, 71 des selbsterregten Schwingungserzeugers 69 angeschlossen. Am Ausgang der UND-Schaltung 72 erscheint ein Signal, wenn an ihren Eingängen gleichzeitig ein Signal von dem Betriebssteller des Ofens und von der Heizspeise quelle bei vollständiger Durchwärmung der Magnetron kathode vorliegt. Das Signal vom Ausgang der UND- Schaltung 72 kommt an den zweiten Eingängen der UND- Schaltungen 65, 68 und 73 an, entsperrt sie, und Impulse vom Taktgenerator 64 kommen an den Impuls zählern 66, 67 und weiter an den Synchronisierungsein gängen 70, 71 des selbsterregten Schwingungserzeugers 69 an. Es tritt die Erzeugung eines Impulspakets ein. Beim Signalausfall an einem der Eingänge der UND- Schaltung 72 werden die Impulszähler 66, 67 von dem Taktgenerator 64 und den Synchronisierungseingängen 70, 71 des selbsterregten Schwingungserzeugers 69 durch die UND-Schaltungen 65, 68, 73 abgeschaltet. In die Impulszähler 66, 67 wird ihr letzter Stand einge schrieben. Nach dem Erscheinen von Signalen an beiden Eingängen der UND-Schaltung 72 geht die Zählung in den Impulszählern 66, 67 weiter und das Paket wird als Fortsetzung des vorhergehenden geformt (Fig. 11). Dieser Aufbau des Impulspaketformers 18 gestattet es, die Flächengleichheit von positiven (S ₊) und negativen Teilen (S _-) der Halbperioden zu gewährleisten und den Einfluß des Stromes in einer der anfänglichen Halb perioden des laufenden Impulspakets und somit Spannungssprünge an der Drossel 39 sowie den in stabilen Betrieb des Anodenspannungsreglers 1 und der Heizspeisequelle 23 zu beseitigen.

Claims

1. Einrichtung zum Regeln der Magnetronleistung in einem HHF-Haushaltsofen mit einem Anodenspannungsregler für das Magnetron, der ausgangsseitig an dessen Anoden stromkreis angeschlossen ist, und einer Heizspeise quelle für das Magnetron, deren Ausgang an dessen Heizfaden angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenspannungsregler (1) eine Reihenschaltung aus

- einem Gleichspannung/Wechselspannung-Brückenwandler (2), dessen Eingang den Leistungseingang des Anoden spannungsreglers (1) darstellt,
- einem Transformator (4) ,
- einem Gleichrichter (6) und
- einem Filter (7), dessen Ausgang den ersten, zum An schluß an den Anodenstromkreis (9) des Magnetrons (10) vorgesehenen Ausgang des Anodenspannungsreglers (1) bildet, aufweist, sowie eine Diode (21), deren Eingang am Leistungs eingang (3) des Anodenspannungsreglers (1) liegt und deren Ausgang (22) den zweiten Ausgang des Anodenspannungsreglers (1) bildet, eine Reihenschal tung aus
- einer Gleichstromquelle (11), einem Stromamplituden former (13), dessen Steuereingang (14) am Ausgang des Filters (7) liegt,
- einem magnetischen Sättigungselement (16), dessen Ausgang an die Primärwicklung (17) des Transfor mators (4) angeschlossen ist, und
- einem Steuerimpulspaketformer (18) für den Anoden spannungsregler (1), dessen Eingang mit dem Aus gang eines Betriebsstellers (20) des HHF-Ofens ver bunden und dessen Ausgang an die Steuereingänge (19) des Brückenwandlers (2) angeschlossen ist, enthält,
- wobei die Heizspeisequelle (23) eine Reihenschaltung aus einem Gleichspannung/Wechselspannung-Halbbrücken wandler (25), dessen Leistungseingang am zweiten Aus gang des Anodenspannungsreglers (1) liegt, und einem Transformator (26), der mindestens zwei Sekundär wicklungen (28, 29) aufweist, wobei die Anschluß enden der Sekundärwicklung (29) den für den Anschluß an den Heizfaden des Magnetrons bestimmten Ausgang der Heizspeisequelle (23) bilden, sowie
- einen Impulspaketformer (24) für die Heizspannungs stabilisierung enthält, dessen Eingang an die Sekun därwicklung (28) des Transformators (26) der Heiz speisequelle (23) und dessen Ausgänge an die Steuer eingänge (31) des Halbbrückenwandlers (25) ange schlossen sind, und die Einrichtung außerdem mit einer Reihenschaltung aus
- einem Netzgleichrichter (36), dessen Eingang den Leistungseingang der Einrichtung bildet,
- einem Anlaßstrombegrenzer (35),
- einer Kondensatorkette (38) und
- einer Drossel (39) versehen ist, deren Eingang an den Leistungseingang (3) des Anodenspannungsreg lers (1) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Sättigungselement

- koaxial angeordnete Ringkerne (52, 53),
- eine Steuerwicklung (54), deren Windungen gleichzei tig die Ringkerne (52, 53) umfassen, und
- eine Arbeitswicklung (55) enthält, die aus zwei gegengeschalteten Wicklungshälften (55′, 55′′) be steht, von denen die eine an dem einen Ringkern (52) und die andere an dem anderen Ringkern (53) angeord net ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Sättigungselement (16) aus

- einem Ringkern (56) mit einem damit fluchtenden ring förmigen Hohlraum (57) und
- einer Arbeitswicklung (59) und einer Steuerwicklung (58) ausgeführt ist, von denen die Steuerwicklung (58) im ringförmigen Hohlraum (57) koaxial dazu an geordnet und die Arbeitswicklung (59) von außen der art auf den Ringkern (56) gewickelt ist, daß ihre Windungsebenen orthogonal zu denjenigen der Steuer wicklung (58) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromamplitudenformer (13)

- einen Leistungstransistor (84), dessen Eingang und Ausgang den Eingang (12) bzw. den Ausgang des Strom amplitudenformers (13) bilden, und
- eine Reihenschaltung aus einer Vergleichsschaltung (85), deren einer Eingang den Steuereingang (14) des Stromamplitudenformers (13) bildet und deren zweiter Eingang an den Ausgang einer Bezugsspannungs quelle (86) angeschlossen ist, sowie eines Gleich stromverstärkers (87) enthält, dessen Ausgang am Steuereingang des Leistungstransistors (84) liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulspaketformer (18) eine Reihenschal tung aus

- einem Taktgenerator (64),
- einer UND-Schaltung (65) ,
- einem Impulszähler (66),
- einem Impulszähler (67),
- einer UND-Schaltung (68),
- einem selbsterregten Schwingungserzeuger (69) mit Synchronisierungseingängen (70, 71), dessen Ausgang als Ausgang des Impulspaketformers (18) dient,
- einer UND-Schaltung (72), deren Ausgang mit den zweiten Eingängen der UND-Schaltungen (65, 68) ver bunden ist und deren Eingang den Steuereingang des Impulspaketformers (18) bildet, und
- einer UND-Schaltung (73), deren Eingänge jeweils an die Ausgänge des Impulszählers (67) und der UND- Schaltung (72) angeschlossen sind und deren Ausgang mit dem zweiten Eingang des selbsterregten Schwin gungserzeugers (69) verbunden ist, enthält.