DE2246967B2 - Verfahren zum inbetriebsetzen eines magnetrons, insbesondere fuer mikrowellenoefen, und schaltung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

2. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch genach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß löst, daß selbsttätig etwa drei Sekunden bis fünf Sein der Verbindung zwischen der Spannungsquelle 20 künden nach Anschalten der Primärwicklung des (74) und der Primärwicklung (84) des Hochspan- Hochspannungstransformators an die Spannungsnungstransformators (82) selbsttätige Zeitschalt- zufuhr zur Primärwicklung auf eine Zeitdauer von mittel (126, 128) zur Erzeugung der genannten 0,1 bis 0,4 Sekunden unterbrochen wird.
Unterbrechung der Spannungszufuhr zur Primär- Es zeigt sich, daß der Heizfaden der Kathode des wicklung des Hochspannungstransfomators ange- 25 Magnetrongenerators nach der anfänglichen Aufordnet sind. heizung während der Unterbrechung der Spannungs-

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch ge- zufuhr ausreichend warm bleibt, so daß nach Wiederkennzeichnet, daß die selbsttätigen Zeitschalt- einsetzen der Spannungszufuhr zum Magnetron die mittel einen mit einem Haupt-Einschalter (80) in Stromleitung sofort beginnen kann und die Schwin-Reihe in der Verbindung zwischen der Span- 30 gungen in dem gewünschten Schwingungszustand einnungsquelle (74) und der Primärwicklung (84) des setzen.

Hochspannungstransformators liegenden Zeit- Eine Magnetronstartschaltung zur Durchführung

schalter (126,128) enthalten. des vorstehend angegebenen Verfahrens ist dadurch

gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der

35 Spannungsquelle und der Primärwicklung des Hochspannungstransformators selbsttätige Zeitschaltmittel zur Erzeugung der genannten Unterbrechung der

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spanrungszufuhr zur Primärwicklung des Hochspan-Inbetriebsetzen eines Magnetrons, insbesondere für nungstransformators angeordnet sind. Insbesondere Mikrowellenöfen, bei welchem von der Sekundär- 40 enthalten die selbsttätigen Zeitschaltmittel einen mit Wicklung des primärseitig an eine Spannungsquelle einem Haupt-Einschalter in Reihe in der Verbindung tnschließbaren Hochspannungstransformators dem zwischen Spannungsquelle und Primärwicklung Magnetron eine Spannung derart zugeführt wird, daß liegenden Zeitschalter.

während des Startzyklus eine selbsttätige Änderung Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter

der Spannungszufuhr zum Magnetron herbeigeführt 45 Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es

wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine zeigt

Schaltung zur Durchführung eines solchen Ver- F i g. 1 ein Schaltbild einer Magnetronstartschal-

fahrens. tur.g,

Beim Einschalten von Magnetrongeneratoren über Fig. 2 die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Ma-

eine Schaltung, wie sie etwa in der US-Patentschrift 50 gnetrongenerators,

96 342 beschrieben ist, tritt die Schwierigkeit auf, Fig. 3 den Spannungsverlauf über der Zeit, aus

daß die Schwingungen des Magnetrons nicht in dem welchem die Arbeitsweise eines Magnetrongenerators

gewünschten Schwingungsmodus, insbesondere dem rr.it Startschaltung hervorgeht,

η-Modus einsetzen, sondern in einem Schwingungs- Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht eines Mikro-

tnodus höherer Ordnung, welcher durch hohe Fre- 55 wellenofens,

quenzen und hohe Spannungen gekennzeichnet ist. Fig. 5 eine Ansicht des in Fig. 4 dargestellten Ein derartiger Betriebszusland führt jedoch zu einer Mikrowellenofens im Vcrtikalschnitt und
Unstabilen Arbeitsweise und die hohen Temperaturen, F i g. 6 eine Seitenansicht eines in dem dargestellten Welche dabei auftreten, verkürzen die Kathoden- Mikrowellenofen verwendeten Magnetrongenerators, lebensdauer und machen ein frühzeitiges Aus- 60 Vor der Beschreibung von Einzelheiten der Ma-Wechseln des Magnetrongenerators erforderlich. gnctronstartschallung sei ein Mikrowellenofen 10 in Aus der deutschen Patentschrift 9 73 333 ist es Verbindung mit Fig.4 und 5 beschrieben. Der Mat >ekannt, die gewünschten Schwingungen einer Ma- gnclrongencrator 12 erzeugt Mikrowellenfrequenzen gnetfeldröhre dadurch herbeizuführen, daß die In- von 2450 MHz, was einer Wellenlänge von etwa fcetriebsetzung in der eingangs kurz beschriebenen 65 12,5 cm im Raum entspricht. Für die Zwecke der Art und Weise durchgeführt wird, indem die Verbin- vorliegenden Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung des Magnetrons zum Hochspannungstrans- nung »Mikrowellen« auf elektromagnetische Strahtormators mittels automatisch betätigter Schalter nach lung in demjenigen Teil des Spektrums, der Wellen-

längen von 30 cm bis 1 mm umfaßt. Rechteckige leitende Wände 14 begrenzen einen Heizraum 16 mit einer Zugangsöffnung, die durch eine Tür 18 verschlossen ist, welche durch einen Handgriff 20 betätigt werden kann.

Benachbart der Zugangsöffnung ist ein Schaltfeld 22 angeordnet, hinter welchem sich der Magnetrongenerator und die Hochspannungsquelle befinden. Das Schaltfeld 22 trägt einen 5-ivlinutcn-Zeit^chalter

40:1 bis 50:1 verwendet. Eine Doppelweg-Spannungsvcrdopplerschaltung 88 ist mit der Sekundärwicklung 86 in Reihe geschaltet, um die starken elektrischen Felder erzeugen zu können, die für die Kathode 90 des Magnetrons 12, dessen Gehäuse 54 bei 92 geerdet ist, erforderlich sind. Die Kathode ist gewöhnlich eine direkt geheizte Kathode, beispielsweise eine thorierte Wolframkathode, die karbonisiert worden ist. Um die Elektroneneinissionstemperaturen zu

24 sowie einen Zeitschalter 26 für einen längeren i° erreichen, wird eine Wechselspannung von etwa Zeitraum von beispielsweise 30 Minuten. Auf dem 3,0 Volt mittels einiger Windungen der Sekundär-Schaltfeld sind ferner ein Einschaltknopf 28, ein Ausschaltknopf 30 und ein Lichtschalter 32 angeordnet.

Der Magne'rongenerator 12 ist mit der Hochwicklung 86 α erzeugt und unmittelbar an den Heizfaden angelegt.

Der vorangehend in Verbindung mit F i g. 6 be-

12 bi f ie

g g

spannungsquelle und mit elektrischen Regelorganen 15 schriebene Magnetrongenerator 12 besitzt ferner eine bd di allgemei dh d Blk 34 Ahl Hhl 94 lh in der Um

verbunden, die allgemein durch den Block 34 angedeutet sind. Die Mikrowellenenergie wird vom Geiierator durch eine Antenne oder Sonde 36, die innerhalb einer dielektrischen Klappe 38 angeordnet ist, einem rechteckigen HohJleiterabschnitt 40 zugeführt, der dazu dient, die Energie der gewünschten Frequenz in den Raum 16 zu leiten. Der Hohlleiter 40 ist an seinem einen Ende durch eine Wand 42 kurzgeschlossen und am inneren Ende 44 offen. Die

Anzahl Hohlraumresonatoren 94, welche in der Umfangsrichtung um die Kathode 90 herum angeordnet ist. Die Hochfrequenzschwingungen sind vom Generator 12 durch eine Kopplungsschleife 96 mit der Antenne oder Sonde gekoppelt.

Die Doppelweg-Spannungsverdopplerschaltung 88 besitzt Dioden 98 und 100 sowie Kondensatoren 102 und 104. Im Betrieb fließt, wenn das Ende der Sekundärwicklung 86, das mit der Leitung 106 ver

kurzg offen. Die _D

Energie kann durch beliebige, an sich bekannte Mit- 25 bunden ist, positiv gepolt ist, Strom durch die HaIblel, beispielsweise durch ein Flügelrad 46 mit einer leiterdiode 100, um den Kondensator 104 auf die

Eingangs-Scheitelspannung von einem bestimmten Wert aufzuladen. Die Halbleiterdiode 98 bleibt nichtid di Li

leitend. Bei der nächsten Halbperiode wird die Lei-

Fig.6 zeigt ein Beispiel eines Magnelrongenerators 12. Ein leitendes Gehäuse 54, welches die Anode bildet, ist mit einer Anzahl von am Umfang ange-

Anzahl von Flügeln 48, welche von einem Motor 50 angetrieben werden, wirksam verteilt werden. Das zu

beheizende bzw. zu behandelnde Gut ist auf einer

dielektrischen Platte 52 innerhalb des Raumes 16 3<> tung 108 positiv, so daß kein Strom durch die Diode

gelagert. 100 fließen kann. Der Kondensator 102 wird auf die

' ~ ' Eingangs-Scheitelspannung aufgeladen, wenn die

Diode 98 leitend ist. Die gleichgerichtete Gesamtaus-

„„ , _o _.._e. gangsspannung an Anode und Kathode des Magne-

ordneten Hohlraumresonatoren sowie mit einer mit 35 trongenerators 12 ist die Summe der Ladungen oder einem Heizfaden versehenen mittigen Kathode aus- annähernd gleich der doppelten Spannung von jedem gestattet. Bei dem Magnetfelderzeuger 56 dieser Kondensator 102 und 104. Es können aber auch Ausführungsform handelt es sich um Dauermagneten, andere Gleichrichterschaltungen verwendet werden, wobei das Magnetfeld durch die Teile 58 und 60 ge- beispielsweise Halbweg-Spannungsverdoppler sowie formt wird. Eine im wesentlichen U-förmige Halte- 40 Spannungsverdreifacher oder -vervierfacher. Naturrung bzw. ein Gehäuse 62 umgibt die Magnete und lieh wird, da der Magnetrongenerator 12 ein im bildet den magnetischen Schließungskreis. Die Antenne oder Sonde 36 und der domförmige bzw. kuppeiförmige Teil 38 ragen aus dem Gehäuse 62 heraus. Die Hochspannungszuleitungen 64 und 66 sind 45 positiv ist.

mit der Hochspannungsschaltung durch einen hoch- Mit Rücksicht auf bestimmte extrem hohe Leer-

frequenz-abgeschirmten Überbrückungskondensator, lauf-Überspannungen, die beim Schließen des Hauptder innerhalb eines kastenförmigen Teils angeordnet schalters auftreten und bis zu 12 bis 15 kV betragen ist, gekoppelt. Dieses Bauelement ist an einer Platte können, geschieht das Anlegen der vollen Netzsoan-70 befestigt, die ihrerseits am Gehäuse 62 befestigt 5o nung an die Leitung zur Primärwicklung 84 vorzugs- :-l vKt.1.:—„„ t> u*u_or, now.hr,,„r, r. ·;« ^,»rr. loitor^ weise stufenweise mit einem geeigneten in Reihe geschalteten Widerstand 110, der anfänglich eingeschaltet ist Ein elektromagnetisches Relais 112 sorgt für

,να»« u... -.v .....w... ^ w _b -.- das gleichzeitige Schließen und öffnen dieses Teils

Hoch'frequenzschwingungen erzeugte Wärme abzu- 55 der Schaltung der Primärwicklung an den Kontakten

wesentlichen in einer Richtung wirkendes Organ ist, eine Gleichrichtung für einen Teil jeder Periode erhalten, wenn die Anode mit Bezug auf die Kathode

ist Kühlrippen 72 haben Berührung rr.it dem leitenden Gehäuse 54, damit eine rasche Kühlung, beispielsweise durch umgewälzte Luft, erzielt werden kann um die innerhalb der Vorrichtung durch die

_leiten

Für die Beschreibung der Arbeitsweise wird auf Fig 1 verwiesen. Eine Wechselstromquelle 74 in Form eines herkömmlichen Wechselspannungsnetzes ist durch Verbindungsleitungen 76 und 78 mit der Hochspannungsschaltung über einen handbedienbaren Ein- und Ausschalter 80 gekoppelt. Ein Streureaktanztransformator 82 ist mit seiner Primärwicklung 84 an die Nctzleitungcn angeschaltet. Die 86 i i d Piäikl i

114 und 116 mittels eines Kontaktstückes 118. Wenn die Kontakte öffnen, wird durch einen Widerstand 110, der beispielsweise einen Wert von 10 Ohm hat, ein zusätzlicher Widerstandswert während der ersten Stufe der Startperiode eingeschaltet. Es können verschiedene Relaisbetätigungsorgane 112 vorgesehen werden, beispielsweise eine RC-Schaltung mit einem Halbleilerdiodenwiderstand und einem Kondensator oder anderen geeigneten Mitteln, damit das Anlegen

Sekundärwicklung 86 ist mit der Primärwicklung in- 65 de-· vollen Netzspannungen während der anfäng-

• ■ ■· · ■ ■ ■· -·· > ...:-λ ι.-: j-., »..r ι:„ι u;„_f„i,alinorinfl(. rW SrhaiMinp stufenweise

duktiv gekoppelt und gewöhnlich wird bei den Aufwärtstransformatoren, die bei einem solchen Gerät verwendet werden, ein Windungsverhältnis von

liehen Einschaltperiode der Schaltung stufenweise erfolgt.

An Hand von F i g. 2 seien die Vorgänge hinsieht-

Hch des Startzyklus in der bisher bekannten Weise beschrieben. Beim Schließen des Hauptschalters 80 erreicht die Spannung an der Anode und der Kathode einen Punkt A, der beispielsweise im Bereich von 7 bis 8 kV liegen kann. Die Strom-Spannungs-Kennlinie für das Magnetron ist durch die Linie 120 angegeben. Wenn der Kathodenheizfaden beheizt wird, beginnt der Generator Strom zu leiten, wobei die Spannung auf den Punkt B fällt. Die Linie 122 gibt den Modus des Schwingungszustandes von hoher Ordnung an, der eine Frequenz von etwa 4420 MHz haben kann, was wesentlich höher als die 2450 MHz ist, die für den normalen Betrieb des Mikrowellenofens erforderlich sind. Der weitere Betrieb des Generators in dem höheren Frequenzmodus mit den entsprechend viel höheren Spannungen ergibt eine extrem kurze Lebensdauer für die Kathode und eine unstabile Arbeitsweise. Es ist daher ein Umspringen auf einen wünschenswerten Betriebsmodus, wie beispielsweise durch die Linie 124 und den Punkt C angezeigt, erforderlich. Bei einer Ausführungsform wurde festgestellt, daß, wenn eine momentane Unterbrechung im Startzyklus z. B. durch einen automatischen Verzögerungszeitschalter 126, der einen Schalter 128 betätigt, vorgesehen wird, die Spannung an dem Magnetrongenerator nicht sofort auf Null abfällt und der Heizfaden ausreichend heiß bleibt, um den Leitungszustand beim erneuten Anlegen der vollen Netzspannungen wieder herbeizuführen. Die momentane Unterbrechung im Startzyklus hat zu einem Umspringen auf ein neues Betriebsniveau geführt, wenn die Unterbrechung nach einer Zeit von etwa 3 bis 5 Sekunden nach der Erregung der Schaltung stattfindet. Die Dauer der momentanen Unterbrechung ist charakteristisch von der Größenordnung von 0,1 bis 0,4 Sekunden, bevor die volle Netzspannung erneut angelegt wird.

In F i g. 3 ist das Belnebsverhalten eines Magnetrons mit einer Startschaltung der hier vorgeschlagenen Art aufgezeigt. In dieser Darstellung sind die Schwingungen bei den jeweiligen Spannungswerten über der Zeit aufgetragen. Anfänglich wird mit den Spannungswerten vom Punkt A aus ein Punkt erreicht, der durch den Buchstaben B bezeichnet ist, an welchem die Wellenform 132 eines stetigen Schwingungszustandes erhalten wird. Der weitere Betrieb bei diesem hohen Spannungspegel führt lediglich zur Überhitzung der Kathode und zu einer verkürzten Lebensdauer des Generators. Die momentane Unterbrechung, welche durch die Spitze 130 angegeben ist, ergibt die Wellenform 134 bei dem am Punkt C angegebenen neuen, niedrigeren Spannungsniveau. Die stetigen Schwingungen bei diesem Spannungspegel stellen den gewünschten Betriebsmodui bei gleichzeitiger Stabilität und längerer Lebensdaue: dar. Der Betriebspunkt bleibt an dieser Stelle, bis di< Hochspannungsschaltung durch das Öffnen de Hauptschalters 80, beispielsweise am Ende der Ar beitsperiode oder bei einem Netzausfall wieder ent regt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

O. einem bestimmten zeitlichen Programm zwischen Patentansprüche: Anzapfungen der Sekundärwicklung des Hoch-

1. Verfahren zum Inbetriebsetzen eines Ma- Spannungstransformators umgeschaltet wird,
gnetrons, insbesondere für Mikrowellenöfen, bei Es hat sich gezeigt, daß bei einer Inbetriebsetzung welchem von der Sekundärwicklung eines primär- 5 eines Magnetrongenerators in dieser Weise der geseitig an eine Spannungsquelle anschließbaren wünschte Schwingungszustand, beispielsweise im Hochspannungstransformators dem Magnetron π-Modus nicht mit Sicherheit erreicht wird, und daß eine Spannung derart zugeführt wird, daß wäh- ein beträchtlicher Schaltungsaufwand auf Grund der rend des Startzyklus eine selbsttätige Änderung Anzapfungen der Sekundärwicklung des Hochspander Spannungszuführung zum Magnetron herbei- io nungstransformators und der Umschaltmittel ergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, forderlich ist.

daß selbsttätig etwa 3 Sekunden bis 5 Sekunden Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst wer-

nach Anschalten der Primärwicklung des Hoch- den, ein Verfahren der eingangs kurz beschriebenen

Spannungstransformators an die Spannungsquelle Art zum Inbetriebsetzen eines Magnetrons so auszu-

die- Spannungszufuhr zur Primärwicklung auf eine 15 bilden, daß mit einfachen schaltungstechnischen Mit-

Zeitdauer von 0,1 bis 0,4 Sekunden unterbrochen teln mit Sicherheit der gewünschte Schwingungszu-

wird. stand beim Einschalten erreicht wird.