SE509506C2 - Förfarande och anordning för reglering av glödströmmen hos en magnetron - Google Patents

Description

509 506 10 15 20 25 30 35 Om magnetronen skall drivas med varierande effekt, är det följaktligen lämpligt att glödströmmen anpassas till den för tillfället rådande effektnivån.

Konventionellt har sådan anpassning åstadkomits genom att man på experimentell väg fastställer vilka glödströmmar som är lämpliga vid olika effektnivàer, och därefter lagrar dessa effekt-glödström-förhållanden som en tabell eller funktion i en glödströmsstyrenhet (betecknad FCC i Fig 1). Med hjälp av denna tabell eller funktion anpassar glödströmsstyrenheten glödströmmen utifrån den aktuella effektnivån för magnetronen. Ändamål med uppfinningen Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma optimalare och stabilare drift av en magnetron.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en optimalare styrning av magnetronens glödström.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att öka magnetronens livslängd.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att minimera den totala effekt som åtgår för drift av magnetronen vid en viss uteffekt.

Sammanfattning av uppfinningen. Ändamålen ovan uppnås medelst ett förfarande eller en anordning som uppvisar de särdrag som anges i de bifogade patentkraven.

Enligt uppfinningen åstadkommes styrning av glöd- strömmen genom en katod i en magnetron genom att man vid drift avkänner magnetrodens dynamiska impedans och regle- rar magnetronens glödström i beroende därav.

Uppfinningen baseras på insikten om fördelen i att reglera glödströmmen baserat på information om sådana egenskaper hos magnetronen som avspeglar katodens emis- sionsförmåga, specifikt huruvida katodens emissions- förmåga är tillräcklig för åstadkommande av en god 10 15 20 25 30 35 5o9 šoši funktion hos magnetronen, och inte uteslutande i beroende av den aktuella effektnivån.

Uppfinnarna har insett att ovan beskrivna kända typ av anpassning, som baseras enbart på den aktuella effekt- nivån, ej tar hänsyn till sådana förändringar som uppkom- mer när magnetronen åldras, värms upp, utsätts för varie- rande last eller liknande. Detta innebär att en vald glödström, som för en viss effektnivå ansågs vara lämplig när magnetronen var ny, kan vara mindre lämplig efter en längre tids användning. Om exempelvis den i den kända glödströmsstyrenheten lagrade tabellen som anger för- hållandena mellan effekt och glödström ej uppdateras med hänsyn till denna åldring, kommer magnetronens arbets- punkt att successivt förskjutas bort från den önskade.

Liknande negativa effekter kan uppkomma när magnetronens last varieras eller när magnetronen successivt värms upp vid uppstartning.

Såväl en för hög som en för låg glödström kommer att leda till att katodens emissionsförmàga avtar i förtid.

För optimal drift kan magnetronen följaktligen behöva en högre glödström vid en önskad effektnivå efter en viss tids användning jämfört med när den var ny. Den kända anpassningsmetoden ovan är således otillräcklig i detta avseende.

Magnetronens livslängd och funktion förbättras med uppfinningen, eftersom regleringen enligt uppfinningen anpassar glödströmmen med hänsyn till magnetronens egenskaper även efter en viss tids användning och vid varierande last, osv.

Uppfinningen baseras således på en förståelse av att magnetronens funktion är knuten till katodens emissons- förmåga. En förutsätting för magnetronens korrekta arbete är att katodens emission av elektroner ej tillåts under- stiga en bestämd arbetsnivå. Genom att säkerställa att den i varje tidpunkt rådande emissionsnivån ej ligger under en tröskelnivån, kommer magnetronen att fortsätta arbeta på önskat sätt. 509 506 10 15 20 25 30 35 Uppfinnarna har dessutom insett att en alltför hög emission ej heller är önskvärd, eftersom katodens emissionsförmåga då kommer att avta i förtid, vilket därmed förkortar magnetronens livslängd.

Om emissionen hålls precis tillräckligt stor för att åstadkomma en stabil svängning med god verkningsgrad, kommer en bättre livslängd att kunna erhållas för magne- tronen.

Således utförs regleringen av glödströmmen enligt uppfinningen företrädesvis genom att den avkända emis- sionsförmågan relateras till en önskad emissionsförmága, företrädesvis i beroende på magnetronens effektnivå, var- efter regleringen av glödströmmen sker i beroende av denna relation.

Uppfinningen baseras vidare på insikten om att man, vid valet av storhet för återkoppling vid bestämning av optimal glödström, bör välja en storhet som har en indirekt men generellt klar koppling till den erfoderliga emissionsnivàn.

Enligt uppfinningen åstadkommes således reglering av glödströmmen genom avkänning av magnetronens rådande dynamiska impedans. Avkänningen av den rådande dynamiska impedans utförs i relation till en för magnetronens aktuella effektnivå önskad dynamisk impedans, varefter reglering av glödströmmen sker i beroende av denna avkända relation.

Med hänvisning till Fig 2 kan magnetronens dynamiska impedans generellt definieras som kvoten mellan en änd- ring AU i magnetronens anodpänning och den ändring AI i magnetronens anodström som vid den aktuella tidpunkten hör samman med ändringen i anodspänning.

När glödströmmen och följaktligen emissionen av elektroner är för låg, kommer en ökning av anodspänningen endast ge upphov till en liten ändring i anodströmmen, eftersom tillgången på strömbärare är begränsad, således uppvisar magnetronen då en hög dynamisk impedans. När å andra sidan glödströmmen och följaktligen emissionen av 10 15 20 25 30 35 509 503 elektroner är för hög, kommer en ökning av anodspänningen att ge upphov till en större ändring i anodströmmen, eftersom tillgången på strömbärare nu är god, och således kommer magnetronen att uppvisa en làg dynamisk impedans.

Enligt vad uppfinnarna erfar kommer värdet på den dynamiska impedansen vid den erfoderliga glödströmmen för erfoderligt emissionstillstånd ej att förändras väsent- ligt när emissionsförmågan eller den erfoderliga emis- sionsnivån förändras i och med att magnetronen åldras eller värms upp eller när lasten ändras osv. Reglering av glödströmmen baserat på den dynamiska impedansen repre- senterar således ett väsentligt nytänkande som ger många fördelar jämfört med den kända tekniken.

Såsom framgår av diskussionen ovan är det ett föredraget alternativ att glödströmmen ökas när nämnda rådande dynamiska impedans är större än nämnda önskade dynamiska impedans och minskas när nämnda rådande dynamiska impedans är lägre än nämnda önskade dynamiska impedans. Men självfallet inses att andra typer av överföringsfunktioner som baseras på utnyttjandet av magnetronens dynamiska impedans kan väljas beroende på tillämpning.

Enligt en föredragen utföringsform àstadkommes nämnda avkänning av magnetronens rådande dynamiska impe- dans genom att man inför en mindre ändring, företrädesvis i form av ett kontrollerat rippel, på magnetronens anod- ström (eller anodspänning) och att man därefter mäter den därav orsakade förändringen hos magnetronens anodspänning (eller anodström), varvid den rådande dynamiska impedan- sen beräknas utifrån nivåerna på nämnda applicerade rippel och nämnda uppmätta rippel.

Avkänning av anodströmmen kan exempelvis åstadkommas med hjälp av en impedans, företrädesvis ett motstånd, som anordnas i serie med kraftmatningen till magnetronen, varvid anodströmmen, antingen direkt eller transformerad genom högspänningsomvandlaren, ger upphov till ett spän- ningsfall över impedansen, vilket spänningsfall kan ut- 509 506 10 15 20 25 30 35 nyttjas som ett mått på anodströmmen. Även för anodspän- ningen gäller att den kan mätas antingen direkt på magne- tronen eller före högspänningsomvandlaren om denna har ett fast omsättningsförhàllande inom det för rippelmät- ningen intressanta frekvensområdet. Självfallet inses av fackmannen att det finns många olika sätt och möjligheter att åstadkomma och avkänna sådana eller liknande rippel eller variationer.

Ett annat fördelaktig sätt på vilket man kan åstad- komma avkänning av anodströmmen är genom att avkänna strömmen i form av en strömtransformator vars primär- lindning är anordnad i serie med magnetroden och genom- flytes av anodströmmen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen åstad- kommes nämnda avkänning av magnetronens rådande dynamiska impedans genom att man mäter ett från en nätmatning kvar- stående rippel på magnetronens anodspänning och anod- ström, varefter magnetronens dynamiska impedans beräknas baserat på de uppmätta rippelvärdena.

Enligt ännu en aspekt på uppfinningen kan avkänning av en magnetrons dynamiska impedans användas för fast- ställande av en till en effektnivå associerad glöd- strömsnivå som ger ett önskat beteende hos magnetronen 5 Sådant fastställande kan därefter utnyttjas för framtagning av en mer optimal tabell eller vid nämnda effektnivå. funktion som utnyttjas i den kända typen av styrning.

Såsom diskuterats ovan baseras uppfinningen och dess olika aspekter på insikten om det föredragna i att, vid valet av storhet för reglering av glödstömmen, välja en återkopplad storhet som har en generellt entydig koppling till den erfoderliga emissionsnivån. Regleringen enligt uppfinningen kan således i någon mån sägas vara adaptiv i den bemärkelsen att regleringsfunktionen baseras på av- känning av en variabel som uppvisar en inneboende anpass- ning till förändringar i magnetronens egenskaper eller driftsvillkor. 10 15 20 25 30 35 509 566 I enlighet med de olika aspekter som diskuterats ovan, uppnås med uppfinningen automatisk kompensering av yttre faktorer, såsom ändrad last och kylning, som på- verkar magnetronen optimala arbetstillstånd, samt av magnetronens åldring och dess därmed ändrade egenskaper.

Magnetronens livslängd med väsentligen bibehállna pre- standa fölängs genom att glödtràdstemperaturen aldrig sätts till att vara högre än vad som är nödvändigt för åstadkommande av tillräcklig emission. Uppkomsten av s k glödtrådsförtunning bromsas. Den korrekta anpassningen av glödströmmen med hänsyn till aktuell effektnivà och erfo- derlig emission bidrar till ökad stabilitet, exempelvis vid nedreglering av magnetronens effekt då svängnings- variationer och liknande stabilitetsproblem lätt kan uppkomma.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas i form av exemplifierande utföringsformer, vilka ges med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig 1 schematiskt visar ett konventionellt arrange- mang för kraftmatning till en magnetron; Fig 2 schematiskt visar kurvor över anodström som funktion av anodspänning i en magnetron; Fig 3 schematiskt visar en första utföringsform av föreliggande uppfinning; och Fig 4 schematiskt visar en andra utföringsform av föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig l visar schematiskt ett känt arrangemang för kraftmatning till en magnetron M. Mätningen hämtas från en växelspänningskälla AC, vilken växelspänning upptrans- formeras och likriktas av ett högspänningsalstrande block HV till en högspänd likspänning som appliceras över magnetrodens M katod och anod och som bildar en anod- spänning U. Denna anodspänning är associerad med en 509 506 10 15 20 25 30 35 anodström I. Vidare innefattar kraftmatningen en glödströmskrets FCC som i beroende av den aktuella effektnivån matar en glödström If genom magnetronens M katod.

I Pig 2 visas schematiskt två kurvor över anodström Skillnaden mellan kurvorna representerar en ändring i belastningen som funktion av anodspänning i en magnetron. på magnetronen, en ändring av magnetronens temperatur, en åldringseffekt hos magnetronen eller liknande. Figuren åskådliggör den ändring i den dynamiska impedansen som en ändring i dessa faktorer kan leda till. I Fig 2 är magnetronens dynamiska impedans AU/Ili det arbetsläge som visas på den första kurvan, medan den i det arbetsläge som visas på den andra kurvan har stigit till AU/I2.

Såsom beskrivits ovan, och såsom kommer att förklaras ytterligare nedan, utnyttjas denna skillnad i dynamisk impedans enligt uppfinningen för åstadkommande av regle- ring av magnetronens glödström.

En första utföringsform av en anordning för för reglering av glödströmmen genom en katod i en magnetron baserat på avkänning av magnetronens dynamiska impedans kommer nu att beskrivas med hänvisning till Fig 3.

Kraftaggregatet som visas i Fig 3 innefattar ett högspänningsalstrande block HV som omvandlar en nätspän- ning AC till en högspännning, vilken högspänning tillförs magnetronen M och således bildar magnetronens anodspän- ning U. En effektstyranordning PC matar en signal till högspänningsblocket HV, vilken signal anger den aktuella önskade effekt som skall matas till magnetronen M. Vidare innefattar kraftaggregatet i Fig 3 en glödströmsmatande enhet FCS som hämtar sin matning från nätspänningen AC och som matar en glödström If genom magnetronens M katod, varvid storleken på glödströmmen If styrs av en signal från en reglerenhet 10.

Reglerenheten 10 innefattar en styrenhet l2', en komparator 14 och en signalomvandlare 20. Styrenheten 12' mottar effektsignalen från effektstyranordningen PC. 10 15 20 25 30 35 509 506 Baserat på den aktuella effektnivàn avger styrenheten 12' en signal som anger önskad eller erfoderlig dynamisk impedans till komparatorn 14.

I Fig 3 är det högspänningsalstrande blocket HV anordnat att upptransformera spänningen AC på ett sådant sätt att kvarstående svängningar eller rippel RP1 från nätspänningen AC förekommer på anodspänningen/-strömmen_ Storleken på dessa rippel avkännes och omvandlas av signalomvandlaren 20 till ett värde på magnetronens rådande dynamisk impedans. Signalomvandlaren 20 beräknar således kvoten mellan storleken på anodspänningens rippel och storleken på anodströmmens rippel.

Den av styrenheten 12' erhållna erfoderliga dynam- iska impedansen jämförs i komparatorn 14 med det av signalomvandlaren 20 erhållna värdet på den rådande dynamiska impedansen. Komparatorn 14 styr den glöd- strömsmatande enheten FCS i enlighet med resultatet av denna jämförelse. Om den rådande dynamiska impedansen är högre än den önskade, styrs den glödströmsmatande enheten FCS till att höja glödströmen, och om den rådande dynam- iska impedansen är lägre än den önskade, FCS till att sänka glödströmen, styrs enheten såsom diskuterats ovan.

Anodströmmen I avkännes i form av spänningsfallet över ett litet motstånd R.

En andra utföringsform av en anordning för reglering av glödströmmen, baserat på avkänning av magnetronens dynamiska impedans, kommer nu att beskrivas med hänvis- ning till Fig 4.

I Fig 4 genererar en i reglerenheten 10 anordnad oscillatorkrets 21 en svängning eller ett rippel RP2 på anodspänningen från högspänningsblocket HV. Detta rippel ger upphov till ett motsvarande rippel hos anodströmmen, vilket strömrippel avkännes på liknande sätt som i Fig 3.

Signalomvandlaren 20' beräknar ett värde på magnetronens rådande dynamiska impedans utifrån storleken på det alstrade ripplet på anodspänningen och det avkända ripplet på anodströmmen. 10 509 506 10 15 20 25 I denna utföringsform förekommer således väsentligen ej något kvarstående rippel från nätspänningen, till skillnad från utföringsformen i Fig 3.

Den av styrenheten 12' i Fig 4 erhållna önskade eller erfoderliga dynamiska impedansen vid den aktuella effektnivån jämförs i komparatorn 14 med den av signal- omvandlaren 20' erhållna rådande dynamiska impedansen.

Komparatorn 14 styr den glödströmsmatande enheten FCS i enlighet därmed pà liknande sätt som i Fig 3.

Det inses att pilarna vid signalomvandlarnas 20 och signalomvandlaren/oscillatorn 20', 21 in/utgångar i Fig 7 respektive 8 ej avser att beteckna strömriktningar utan enbart huruvida information mottas eller avges från respektive in/utgång. Även om uppfinningen har beskrivits i form av exemplifierande utföringsformer inses fackmannen att många olika modifieringar, variationer och kombinationer av utföringsformerna ovan kan utföras inom ramen för uppfinningens skyddsomfång, vilket definieras av de bifogade patentkraven. Exempelvis inses att uppfinningen kan konkretiseras i form av en enda glödströmsreglerkrets som inrymmer funktionerna hos flera av komponenterna i de ovan beskrivna utföringsformerna. Vidare kan magnetronens dynamisk impedans uppmätas på andra sätt än de som specifikt beskrivits häri.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 ll 509 506% PATENTKRAV

1. Förfarande för reglering av glödströmmen genom en kännetecknat av stegen: katod i en magnetron, att vid drift avkänna magnetronens rådande dynamiska impedans; och att i beroende därav reglera magnetronens glödström.

2. Förfarande enligt krav l, innefattande: att relatera nämnda rådande dynamiska impedans till en för magnetronens aktuella effektnivå inställd önskad dynamisk impedans; och att i beroende av nämnda relation reglera magnetro- nens glödström.

3. Förfarande enligt krav 2, varvid nämnda regle- ringssteg innefattar: att öka glödströmmen när nämnda rådande dynamiska impedans är större än nämnda önskade dynamiska impedans; och att sänka glödströmmen när nämnda rådande dynamiska impedans är lägre än nämnda önskade dynamiska impedans. 2 eller 3, varvid nämnda avkänning av magnetronens rådande dynamiska

4. Förfarande enligt krav l, impedans innefattar stegen: att påföra eller åstadkomma en företrädesvis perio- disk variation (RP2) i magnetronens anodspänning eller anodström; att mäta den av nämnda variation orsakade variatio- nen i magnetronens anodström respektive anodspänning; och att beräkna den rådande dynamiska impedansen utifrån värden på nämnda påförda och uppmätta variationer.

5. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, varvid nämnda avkänning av magnetronens rådande dynamiska impedans innefattar stegen: 12 509 506 10 15 20 25 30 35 att mäta en från en nätmatning kvarstående variation (RP1) i magnetronens anodspänning och anodström; och att beräkna nämnda dynamiska impedans utifrån värden på nämnda uppmätta variationer.

6. Förfarande enligt krav 4 eller 5, varvid nämnda anodström, vid avkänning därav, avkännes i form av en spänning över en impedans, företrädesvis ett motstånd, som är anordnad i serie med magnetronen och genomflytes av anodströmmen.

7. Förfarande enligt krav 4 eller 5, varvid nämnda anodström, vid avkänning därav, avkännes i form av en utsignal från en strömtransformator vars primärlindning är anordnad i serie med magnetronen och genomflytes av anodströmmen.

8. Anordning för reglering av glödströmmen genom en katod i en magnetron, kännetecknad av: (20, R; 20', 21, R) tronens rådande dynamiska impedans; och (10) glödström i beroende av nämnda avkända rådande dynamiska organ för avkänning av magne- reglerorgan för reglering av magnetronens impedans.

9. Anordning enligt krav 8, innefattande styrorgan (12') för tillförsel av en för magnetronens effektnivà inställd önskad dynamisk impedans till nämnda regler- organ, varvid nämnda reglerorgan innefattar komparator- organ (14) för att jämföra den rådande dynamiska impe- dansen med den önskade dynamiska impedansen.

10. Anordning enligt krav 9, varvid nämnda regler- organ (10) är anordnade att öka glödströmmen när den rådande dynamiska impedansen är större än den önskade dynamiska impedansen och att sänka glödströmmen när den 10 15 20 25 30 13 509 506 rådande dynamiska impedansen är lägre än den önskade dynamiska impedansen. varvid (21) i magnetronens anod- 9 eller 10, innefattar oscillatororgan (RP2) spänning eller anodström, varvid nämnda avkänningsorgan (20', R) orsakade variationen i magnetronens anodström respektive

11. Anordning enligt krav 8, (10) för alstring av en variation nämnda reglerorgan är anordnade att avkänna den av nämnda variation anodspänning. 9 eller 10, varvid är anordnade att avkänna

12. Anordning enligt krav 8, (20, R) nämnda rådande dynamiska impedans genom att avkänna från (RPl) nämnda avkänningsorgan en nätmatning kvarstående variationer på magnetro- nens anodspänning och anodström.

13. Anordning enligt krav 11 eller 12, varvid nämnda (20, 20') anordnade att motta värden på på nämnda alstrade och reglerorgan innefattar beräkningsorgan som är avkända variationer och att därav beräkna ett värde på den rådande dynamiska impedansen och mata detta till nämnda komparatororgan. 12 eller 13, t eczkzia d axr att nämnda avkänningsorgan innefattar en (R), är anordnad i serie med magnetronen och som genomflytes

14. Anordning enligt krav 11, kêánzie - impedans företrädesvis i form av ett motstånd, som av anodströmmen, varjämte nämnda avkänningsorgan vidare innefattar organ för att avkänna spänningen över nämnda impedans som ett mått pà nämnda anodström.