JPS5931839B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は商用周皮電力を高周波電力番こ変換した後、昇
圧トランスにより昇圧して高周波高圧電力をマグネトロ
ンに供給する高周波加熱装置の電源装置に関するもので
、電波出力制御の自由な電源装置を提供すると共に、マ
グネトロンのカソード温度を安定化してマグネトロンの
寿命を向上させ、信頼性が大幅に向上した高周波加熱装
置を提供しようとするものである。

最近、高周波加熱装置においては、電源装置の小型軽量
イＬ低コスト化を図るためサイリスタインバータ等を用
いる電源装置が提案され注目を浴ている。

以下その構成を第１図に基いて説明する。図番こおい−
Ｃ、１、１’は商用電源端子、２は整流器、３はコンデ
ンサで単方向電源を構成している。４はインダクタで、
昇圧トランス６の１次巻線Ｗ、とコンデンサＴより成る
直列共振回路、および逆導通サイリスタ５と共に簡易型
直列インバータを形成している。

今、スイッチング制御回路８により逆導通サイリスタ５
は、例えば１８ＫＨｚ〜２８にト程度の超音波周波数域
で、トリガされると前記直夕１供振回路には、前記トリ
ガ周波数に等しい周波数の高周波電力が発生する。

したがつて、昇圧トランス６の２次巻線Ｗ２には高周波
高圧電力が発生し、ダイオード９ａ、９ｂ、コンデンサ
１０ａ、１０ｂにより成る整流回路を介して、マグネト
ロン１１に直流高圧を供給する。また、昇圧トランス６
の第２の低圧２次巻線Ｗ３はマグネトロン１１のカソー
ドにカソード加熱電力を供給し、カソード温度を高める
。

したがつて、マグネトロンは、発振し誘電加熱が可能と
なる。このような高周波加熱装置の電源装置は、商用周
波数の電力を漏洩トランスを用いて直接高圧電力に昇圧
するものに比べ、小型軽量化・低コスト化が可能となる
。しかしながら、第１図のごとき電源装置では、次のよ
うな問題があつた。すなわち、第１図のような回路によ
りマグネトロン１１の電波出力を小さくするべく、サイ
リスタ５のトリガ周波数を低くしていくと、マグネトロ
ン１１のカソート−の供給電力も低下し、したがつてカ
ソードの温度は低下し、あまり低くするとモーデイング
を発生してしまう等の不都合を生じ、マグネトロン１１
の信頼囲を著しく損う危険性があつ１らまた、マグネト
ロン１１の電波出力を大きくしていくと、ヒータ電力（
カソート−の供給電力）も大きくなることから、マグネ
トロンカソードのバツクボンバードメントによる温度上
昇が大きいときに、ヒータ電力も大きくなるという結果
を生じ、このたきにカソードの信頼性はより一層低下せ
ざるを得なかつた。

さらに、このような電源装置においては、起動時に高圧
電力が小さく、ヒータ電力を大きい状態であることが望
ましいが、このような高圧、低圧電力の供給は困難であ
つた。

すなわち、起動時のヒータ電力を大きくしてマグネトロ
ンの立上り時間を短くしようとする場合には、サイリス
タ５のトリガ周波数を高くしてインバータの出力電圧を
大きくし昇圧トランス６の２次巻線Ｗ３に発生する霜圧
を大きくすることが必要であるが、このようｌこするこ
とにより、同時に、高圧２次巻線Ｗ２にも非常に高い電
圧が発生してしまうのである。したがつて、ダイオード
９ａ，９ｂ，コンデンサ１０ａ，１０ｂにとつては、極
めて厳しい電圧条件とならざるを得なかつた。本発明は
上記従来の欠点に鑑みてなされたもので、以下本発明の
実施例を第２図〜第１０図を参照して説明する。

なお上記従来の構成と同一部分は同一番号を使用し、そ
の説明を省略する。第２図において、１２はヒータトラ
ンスで、その１次巻線には直列に直流阻止用コンデンサ
１３が接続されている。この直流阻止用コンデンサ１３
がないと、このようなインバータの起動は、商用電源投
入と同時に行わねばならず、実際上、不可能である。こ
の構成によりマグネトロン１１に高圧電力とヒータ電力
を供給する構成としサイリスタ５のトリガ周波数ＦＯ（
＝Ｌ）を変化させることによりマグネトロン電波出力Ｐ
Ｏを６００Ｗから６０Ｗまで変化させたとき、サイリス
タ５の端子電圧の交流成分ｓの変化をみると、１００（
ｆ）から９０％程度までしか変化しないのである。

すなわち、ＰＯが６００ＷのときのＶｓの値を１００と
するとき、ＰＯが６０ＷのときのＶｓの値は約９０であ
り、ＰＯの６００Ｗから６０Ｗまでの変化に対して、１
０％程度しかＶｓは変化しないのである。この原理を第
２図におけるマグネトロン１１のヒータ電力供給回路の
みを示す第７図ａを参照して説明する。すなわち、第７
図ａはサイリスタ５の端子電圧の交流成分Ｖｓを電源と
考えたものである。今、コンデンサ１３の容量をＣ、ヒ
ータトランス１２の１次、２次インダクタンスをＬｐ，
Ｌｓｌ次、２次巻線の結合係数をＫ、巻数比をｎ、マグ
ネトロンヒータ回路のフイルタチヨーク１５ａ，１５ｂ
を含めたインピーダンスをＺｉｎ＝ＲＫ＋ＪＣｌ）ＬＫ
、として、等価回路に表すと、第７図ｂのようになる。
ＲＫ，ＬＫは、力ソータの抵抗値、ヒータ回路のインダ
クタンスである。第７図ｂにおいて、インダクタンスＫ
Ｌｐを有するブランチに流れる電流をＩ（ＫＬｐ）、イ
ンダクタンス（１−Ｋ）Ｌｐ，ＬＫ−Ｎ２、および抵抗
ＲＫ−Ｎ２を有するブランチに流れる電流を１（ＲＫ−
Ｎ２）とし、インダクタンスＫＬｐの端子電圧をＶｓ′
とすると、但し、Ｎ）／Ｒぇ・Ｎ２）２｛２勾δ・｛（
１−Ｋ）Ｌｐ＋Ｎ２Ｌｍｌ〕２と表すことができる。

ここで、２πＦＯ−Ｋ−Ｌｐ〉Ａ となるようにＦＯ，Ｋ，Ｌｐ，ＲＫ，ＬＫを選ぶととな
る。

従つて、Ｉ（ＫＬｐ）を．無視すると、第７図ｂの回路
は、同図ｃの回路で近似することができる。

第７図ｃにおいて、Ｌ＝２・（１−Ｋ）Ｌｐ＋Ｎ２・Ｌ
Ｋである。

ここでヒータへの供給電力Ｐを考えると、ただし、 ？２πＦＯ，Ｘ＝ωＬ（１−ー） ラ ω２Ｔ，，−， がつて、ヒータへの供給電力ＰＨは した Ｘ〉ＲとなるようにＦＯおよびＣの値を選べば、ＰｌＩ
ｌ゜ｉζノ４と表わすことができ、さらに、−．Ｏとな
るようにＣの値とＦＯとを選んでω２ＬＣくなると、Ｉ
Ｈは、減少する特性を有する電源回路とすることができ
る。

また、ヒータトランス１２とコンデンサ１３を適当に設
計することにより、ＰＯに対するＩＨの変化の程度は、
最も好ましい状態に設計することができる。

すなわち、第８図において、従来４のようなＰＯとＰＨ
の関係であつたものを８のようにすることができるもの
である。

さらに、起動時において次に述べるような利点を有して
いる。

第１０図を参照して説明する。，．．７１：＝＝：Ｘ。
”＝＝．；４訪名：を変化させることにより、インバー
タが実施例のごとくサイリスタインバータの場合、転流
失敗を防止でき、さらに、商用電源ラインからの急激な
電流の流入を防止できるから、ラインインピーダンスに
よる電源電圧の急激な低下を防止でき、他の電気機器、
器具への影響を小さくできる。このような起動制御をし
た場合、ヒータへの供給電力ＰＨＣくｂ図のように変化
する。すなわち、従来は破線のようにＰＨはＴＯと共１
こ小い方から、除々に大きくなつていつたが、本発明に
よれば、ＰＨは、実線のごとく大きい方から小さくなつ
ていく。そして、Ｃ図のように、マグネトロンのアノー
ドカソード間電圧ＶＡＫは変化し、またアノード電流１
Ａはｄ図のように立ち上る。すなわち、本発明によれば
、マグネトロンの発振の立ち上りの開始時期が速くなり
、しかも立ち上り時間Ｔｒも短くなる。

したがつて、秒速調理にふさわしいものとなり、かつ、
マグネトロンが立ち上り時間Ｔｒの間におちいる異常発
振モードでの動作時間が短くなるから、マグネトロンの
寿命を著しく改善できる。さらに、起動時に発生するＡ
Ｋ（７）起動電圧ＶＡＫ２は、従来のＡＫｌに比べて低
いものとなり、高圧回路の低コスト化・信頼度向上を実
現できる。

第３図〜第６図は本発明の他の実施例を示すもので、上
記実施例と同等の効果を奏することができる。すなわち
、本発明は『共振回路を付勢するスイツチ手段のスイツ
チング周波数を変えて共振回路に励起される電圧（出力
電圧）を変化させたとき、スイツチ手段の端子電圧の交
流成分があまり変化しない』ことを利用したものである
ので、このような様々の実施態様をとることができるの
である。また特に第５図、第６図は半導体スイツチ素子
を２個用いた実施例を示すものである。なお、第２図〜
第６図の実施例において整流器２を除去し、逆導通サイ
リスタ５のかわりに、逆並列に逆阻止サイリスタを用い
ることも可能で、本発明は、第２図〜第６図の実施飾こ
限定されるものでない。以上の説明から明らかなように
本発明によれば電波出力制硫囲が広くかつマグネトロン
の寿命を著しく改善し、しかも小型軽量イＬ低コスト化
された高周波加熱装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインバータ回路を用いた従来の高周波加熱装置
における電源装置の回路図、第２図は本発明の高周波加
熱装置における電源装置の一実施例を示す回路図、第３
図〜第６図は本発明の他の実施例を示す回路図、第７図
Ａ，ｂ，ｃはヒータ回路の等値回路図、第８図はヒータ
電力ＰＨと電波出力ＰＯの関係を示す図、第９図は本発
明の回路による作動状態を示す説明図、第１０図ａ−ｄ
は起動時の状態を示す説明図である。 ５・・・・・・半導体スイツチ素子、６・・・・・・昇
圧トランス、８・・・・・・スイツチング制御回路、１
１・・・・・・マグネトロン、１２・・・・・・ヒータ
トランス、１３・・・・・・コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １個または複数個の半導体スイッチ素子と、この半
   導体スイッチ素子を制御するスイッチング制御手段と、
   前記半導体スイッチ素子により付勢される直列または並
   列共振回路と、この共振回路に接続された昇圧トランス
   と、この昇圧トランスにより付勢されるマグネトロンと
   、前記半導体スイッチ素子の１つに並列に接続され前記
   マグネトロンのカソード加熱電力を供給するヒータトラ
   ンスとを備えた高周波加熱装置。 ２ ヒータトランスの１次巻線には直列にコンデンサを
   接続した特許請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置。 ３ スイッチング制御手段は、起動時にスイッチング周
   波数が所定の低い周波数から連続的または段階的に上昇
   して設定周波数になり、半導体スイッチ素子を制御する
   構成とした特許請求の範囲第１項記載の高周波加熱装置
   。