RU32954U1 - Источник питания магнетрона - Google Patents

Description

Источник шггания магнетрона.

Полезная модель относится к оборудованию для микроволнового нагрева, в частности к истс никам пшашм магнетронов, и может быть использована в разных областях науки, производства и быта, например, в медицине, химии, горнодобывающей и пищевой щюмышяенностях, в производстве тугоплавких материалов, в атомной энергетике и т.д. для диэлектрического нагрева различных материалов.

Известные в настоящее время источники питания магнетронов, как Щ)авило, состоят из силсшого высоковольттюго трансформатора, с одной стороны связанного с мощным трехфазным тиристорным регулятором, а с другой - с высоковольтным вьпфямителем, минусовой вывод которого соединен с катодом магнетрона, а плюсовой - через резистор с анодом магнетрона и блоком управления, им при этом ПОСТШОЕШЫЙ магнит.

Электрические схемы указанных источников пнггания магнетронов описаны в книге Г. Пюпшфа Па1рев энергией сверхвысоких частот, изд-во Энергия, М., 19 г., стр. 72 - 80 и в научно-техническом сборнике Электронная техника. Серия I Электроника СВЧ, выпуск изд-во ЦНИИ Электроника, М., 912 г., стр. 9 - 92, а также в полезной модели РФ № 1592, кл. Н05В 6/64, публ. 1996 г. Описанные выше схемы отличаются между собой способами регулщ ования и стабилизации выходной мощности магнетрона. Однако все они весьма сложны и громоздки и их применение имеет следующие недостатки:

- диапазон регулир юаш1я ограничен и составляет, как правило, от 50 до (УУо номинальной мопщости магнетрона, т.к. при низких анодных напряжениях наблюдаются срывы и возникновение паразитных колебаний не основного вида, нарущаюпщс работоспособность всего устройства в целом;

-имеет место низкая стабильность анодного тока;

-при переключении тиристоров в результате переходных процессов во вторичной обмотке силового трансформатора вшникают импульсы высокого напряжения, способные привести к пробою изоляции трансформатора.

По своей технической сущности и достигаемому техническому результату (достаточно высокая стабильность анодного тока) к предложению заявителя наиболее близким является модель источника питания СВЧпечи (см. ПМ РФ № 1592, кл, Н05В 6/64, публ. 1996 г.), содержащая силовой высоковольтный трансформатор, магнетрон, анод которого заземлен, блок управления, ключевой элемент тщ)исторного регу.11ятора, управляюпшй электрод которого соеданен с выходом блока управления, а также резистор и мостовой высоковольтный выпрямитель, входные плечи которого соединены с выводами высоково.пьтной обмоггки силового трансформатсфа, минусовой вывод с катх)дом магнетрона, а плюсовой - с входом блока управления и одним из выводов резист(фа, второй вывод которого соединен с анодом магнетрона и другим входом блока угфавления, а первый и второй силовые выводы ключевого элемента подключены соответственно к электросети и низковольтной обмотке трансформатора, при этом ключевой элемент выполнен в виде триака. Данный испушик питания выфан за щютотип.

Задача новой разработки состоит в создании источника питания магнетрона с надежной и устойчивой системой ущшвления работой СВЧ генератора, как при колебаниях напряжения сети, так и при изменении электрофизических характеристик MarqpHana в процессе его термообработки в СВЧ установке.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении увеличения диапазона плавного регулирования выходной мощности от О до 100 % номинальной мопщости магнетрона, для чего роль широкодиапазонного регулируемого стабилизатора выходной мощности выполняет непосредственно магнетрон, анодный ток которого изменяется в зависимости от изменения магнитного поля, при этом высокая устойчивость и надежность

работы магнетрона в процессе эксплуагащш обеснечиваются налипнем глубокой отрицательной обратной связи по току магнетрона, включение и отключение высокого напряжения которого происходит 1фи запертом магнетроне, а также полной гальванической развязкой слаботочных цепей управления от силовых цепей питания магнетрона.

Для достижения указанного вьппе технического результата в источник питания магнетрона, содержапщй силовой высоковольтный трансформатор, выход которого подключен к силовому высоковольтному выпрямителю, минусовой выход которого подключен к катоду магнетрона, а также резистор, электромагнит с одной обмоткой и блок управления, введен управляемый тиристорный выпрямитель, а электромагнит сиабжен второй обмоткой, которая одним выводом подключена к плюсовому выходу силового высоковольтного выпрямителя, а другим - к аноду магнетрона, 1фи этом первая обмотка электромагнита одним выводом подключена к плюсовому выходу управляемого тиристорного выпрямнпгеля, а другим - к инвертирующему входу и через резистор - к минусовому выходу этого же выпрямителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу блока управления, причем вторая обмотка электромагнита выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, соосно которым размещена пфвая обмотка того же электромагнита, а управляемый тиристорный выпрямитель снабжен разделительным трансформатором, через который связан с электросетью, и выполнен в виде однофазного нереверсивного электропривода.

Введение в источник питания магнетрона управляемого тиристорного выпрямителя в виде однофазного нереверсивного электропривода позволяет использовать его как унифицированный элемент для преобразования переменного напряжения электросети в регулщ)уемое выпрямленное напряжение, что значительно упрощает схему упфшвления выходной мощностью магнетрона.

вертирующему входу и через резистор - к минусовому выходу этого же выпрямителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу блока управления, позволяет формировать регулируемую составляющую магнитного поля и стабилизировать ее на заданном уровне.

Снабжение электромапогга вт(фой обмоткой, которая одним выводом подключена к плюсовому выходу силового высоковольтного выпрямителя, а другим - к аноду магнетрона, обеспечивжт жесткую стабилизацию анодного тока магнетрона за счет действия глубокой отрицательной обратной связи, т.к. известная зависимость между магшггным полем и анодным током магнетрона имеет весьма высокую крутизну характеристики.

Выполнение обмотки электромапшта в виде двух последовательно соединенных секций, соосно которым размещена первая обмотка того же электромагнита, а также их геометрические размеры и намоточные данные обеспечивают высокую осевую равномерность распределения магнитного поля в пределах анодного блока магнетрона, что необходимо для его устойчивой и долговечной работы.

Разделигельный трансфсфматор вырабатывает необходимое на1фяжение для питания управляемого Т1фисторного выпрямителя в виде однофазного нереверсивного электропривода и обеспечивает полную гальваническую развязку слаботочных цепей управления от силовых цепей питания магнетрона

Таким образом, признаки, приведенные в формуле полезной модели, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше технического результата, то есть яв.пяются существенными.

Наличие отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения кригерию новиз1га по д ёклгвующему законодательству.

Сведения, подтверждаюпще возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, поясняются чертежом.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого источншса питания магнетрона.

Предлагаемый источник питания магнетрона состоит из силового высоковольтного трансформатора 1, выход 2 которого подключен к силовому высоковольтному вьшрямителю 3, минусовой выход 4 которого подключен к катоду 5 магнетрона 6, а плюсовой выход 7 силового высоковольтного выпрямителя 3 подключен через секщш L2.i и Li-i второй обмотки L2 электромагнита 8 к аноду 9 магнетрона 6. При этом первая обмотка LI электромагнита 8 одним выводом соединена с плюсовым выходом 10 управляемого тиристорного выпрямителя УТВ 11, другой вывод обмотки LI соединен с инвертирующим входом 12 того же выпрямителя УТВ 11 и через резистор R 13 - с минусовым его выходом 14, а неинвертирующий его вход 15 соедршен с выходом блока управленш 16, причем ущ)авляемый тиристорный выпрямитель 11 через разделительный трансформатор Т 17 связан с электросетью.

Таким образом, магнитное поле, необходимое для нормальной работы магнетрона 6, в предлагаемой схеме формируется двух обмоточным электромагнитом 8, для чего магнитные поля каждой из его обмоток суммирз ются алгебраически и концентрируются между полюсами электромагшгга 8.

Для регулщювания выход1юй мощности магиетрона 6 необходимо изменять величину магнитного поля электромагнита 8, то есть токи в его обмотках LI, LI. С этой це.пью обмотка LI с помощью плюсового выхода 10, инвертирующего входа 12, минусового выхода 14 с резистором 13 управляемого тиристорного вьшрямителя 11 формирует регулируемую составляющую магнитного поля. При этом другая обмотка L2, выполненная в виде двух секций L2.1 и L2.2, обеспечивает жесткую стабилизацию анодного тока, т.к. известная обратно пропорциональная зависимость между магнитным полем и анодным током магнетрона 6 имеет весьма высокую крутизну характеристики.

диодного выпрямительного моста ВМ, на входные плечи которого через разделительный трансформатор Т 17 и последовательно включенный симистор (тиристор симметричный) ТС поступит пфемениое напряжение от электросети. Разделительный трансформатор Т 17 не только вырабатывает необходимое напряжение для питания УТВ 11, но и обеспечивает полную гальваническую развязку слаботочных цепей управления от силовых цепей питания магнетрона

Управление симистором ТС осуществляется импульсами отрицательной полярности, формируемыми в определенные моменты времени схемой импульсно-фазового управления СИФУ. При этом симистор ТС работает как ключ переменного напряжения, которое затем преобразуется в регулируемое выпрямленное напряжение и через сглаживающий фильтр (дроссель Др и конденсатор С), снижающий пульсации тока, подается на обмотку LI с последовательно включенным с ней резистором R 13. Падение напряжения на резисторе R 13, пропорциональное TOI в обмотке LI, поступает на инвертирующий вход 12 схемы импульсно-фазового управления СИФУ, что позволяет использовать управляемый т исторный вьпфямитель УТВ 11 в качестве регулируемого стабилизатора тока в обмотке LI.

Схема автоматики источника питания работает следующим образом.

При срабатывании всех необходимых блокировок (наличие протока воды для охлаждения анодного блока магнетрона и обмоток электромагнита, воздуха для охлаждения вывода СВЧ энергии, заверщение программы разогрева катодного узла, за1фытие стенок щкафов с высоковольтной апп атурой) с блока управления 16 (см. фиг. 1) на неинвертируюпщй вход 15 схемы импульсно-фазового управлении СИФУ управляемого тиристорного выпрямителя УТВ 11 поступает постоянное напряжение. Уровень этого напряжения обеспечивает протекание через обмотку Li тока такой силы, что для магнетрона 6 формируется запирающее магнитное поле, после чего происходит подключение низковольтной обмотки силового высоковольтного трансформатора 1 к электросети и подача с силового высоковольтного выпрямителя 3

на 5 магнетрона 6 высокого напряжения отрицательной полярности. Однако при наличии запирающего магнитного поля анодный ток через магнетрон 6 не проходит, то есть нет генерации СВЧ энергии.

Затем логическая схема блока управления 16 подключает неинвертирующий вход 15 СИФУ к потенциометру (на фиг. 1 не показан), расположенному в блоке управления 16 и исполняющего роль регулятора тока. С помощью этого потенциометра можно вручную изменять напряжение на неинвертирующем входе 15 СИФУ, что позволяет установить в обмотке LI такой ток, при котсфом магнитное поле электромагнита 8 перестает быть запираюпщм, что приводиг к возникновению генерации СВЧ энергии. При снижении тока через обмотку LI до lieKOTOporo минимального уровня происходит рост анодного тока и выходной мопщости магнетрона 6 до номинального значения.

При отключении источника питания или при обратном срабатывании любой из блокировок логическая схема блока управления 16 вначале подает на неинвертируюшдй вход 15 СИФУ напряжение, приводящее к принудительному росту тока в обмотке LI и формированию запирающего магнитного поля, после чего происходит отключение силового высоковольтного трансформатора 1 от электросети.

Таким образом, как включение, так и отключение высокого напряжения происходат при полностью запертом магнетроне. В этом случае входные цепи силового высоковольтного трансформагора 1 коммутируются при токах холостого хода, что обеспечивает отсутствие значительных перенапряжений в высоковольтных частях схемы во время переходных процессов.

Все органы контроля и регулирования размещены в блоке управления 16 источника питания.

При необходимости, в качестве управляющего напряжения для изменения выходной моищости генерат()а можно использовать и внешние электрические сигналы, пост5шающие в блок управления, например, от измерителя-регулятора температуры офабшываемого магериала, что позволяет осуществшъ технологический процесс термообработки в изотермическом режиме.

В настоящее время изготовлена опытная партия источников питания магнетрона, которые прошли производственные испытания и существенные признаки которых доказали не только промыпшенную применимость, но и подтвердили указанный выще технический результат: надежну и устойчив«01) системаг управления работой источишь пшшшя магнетрона, как при колебаниях напряжения электросети, так и при изменении электрофизических характеристик материала в процессе его термообработки в СВЧ установке.

Из вышесказанного следует, что заявленная полезная модель направлена на решение поставленной задачи и при этом соответствует требованиям охраноспособности.

Claims (4)

1. Источник питания магнетрона, содержащий силовой высоковольтный трансформатор, выход которого подключен к силовому высоковольтному выпрямителю, минусовой выход которого подключен к катоду магнетрона, а также резистор, электромагнит с одной обмоткой и блок управления, отличающийся тем, что в него введен управляемый тиристорный выпрямитель, а электромагнит снабжен второй обмоткой, которая одним выводом подключена к плюсовому выходу силового высоковольтного выпрямителя, а другим - к аноду магнетрона, при этом первая обмотка электромагнита одним выводом подключена к плюсовому выходу управляемого тиристорного выпрямителя, а другим - к инвертирующему входу и через резистор - к минусовому выходу этого же выпрямителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу блока управления.

2. Источник питания магнетрона по п.1, отличающийся тем, что управляемый тиристорный выпрямитель снабжен разделительным трансформатором, через который связан с электросетью.

3. Источник питания магнетрона по п.1, отличающийся тем, что управляемый тиристорный выпрямитель выполнен в виде однофазного нереверсивного электропривода.

4. Источник питания магнетрона по п.1, отличающийся тем, что вторая обмотка электромагнита выполнена в виде двух последовательно соединенных секций, соосно которым размещена первая обмотка того же электромагнита.