DE1538284B2 - Schaltungsanordnung mit einem an einer netzspannungsquelle betriebenen magnetron - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem an einer Netzspannungsquelle betriebenen Magnetron mit einem Transformator mit loser Kopplung zwischen der Primärwicklung und der galvanisch getrennten Sekundärwicklung, an die das Magnetron angeschlossen ist.

In der Zeitschrift »Electronic Applications«, VoI 18, Nr. 4, 1957/58, Seiten 163 bis 170, werden anhand einer Schaltungsanordnung, bei der ein Magnetron in Reihenschaltung mit einer Drosselspule an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, die hierbei auftretenden physikalischen Probleme beschrieben. Zum Zwecke der mathematischen Untersuchung der Verhältnisse einer solchen Schaltungsanordnung setzte man voraus, daß die Speisespannung konstant gehalten wird. Bei einer solchen Schaltungsanordnung wäre es bei Schwankungen der Speisespannung infolge des induktiven Widerstandes dieser Schaltungsanordnung nicht möglich, den Strom des Magnetrons in zulässigen Grenzen konstant zu halten. Bei Erhöhung der Speisespannung besteht zudem die Gefahr, daß die Stromspitzen einen für das Magnetron gefährlichen Wert annehmen.

Auf Seite 167, letzter Absatz dieser Literaturstelle wird darauf hingewiesen, daß in Verbindung mit einer , solchen Schaltungsanordnung auch ein Transformator_. * mit loser Kopplung verwendet werden kann. In derV« Praxis zeigt sich bei einer solchen Schaltungsanordnung, daß das Magnetron bei Änderungen der Netzspannung in üblichen zulässigen Grenzen nicht mit einem im wesentlichen konstanten Strom gespeist wird, so daß bei Anwendung einer solchen Schaltungsanordnung für einen Mikrowellenherd die vorgegebenen Einstellzeiten nicht stets reproduzierbare Gar-Ergebnisse liefern.

Die DT-AS 11 49 806 beschreibt eine Stromversorgungseinrichtung für Magnetrons, insbesondere für Mikrowellenherde, bei der zur Konstanthaltung des Magnetronstroms bei Netzspannungsschwankungen Magnetverstärker eingesetzt werden. Der Magnetverstärker ist dabei ein in Reihe zur Primärwicklung des Hochspannungstransformators liegender Strom steuernder Magnetverstärker, der nur für etwa die Hälfte der Netzspannungen oder weniger ausgelegt ist. Die Heizleistung des Magnetrons wird bei steigender Anodenstromstärke durch einen zweiten Magnetverstärker reduziert, der durch die Anodenstromstärke oder eine davon abgeleitete Größe kontinuierlich ^; gesperrt wird. Diese bekannte Stromversorgungseinrichtung, welche zwar eine weitgehende Stromkonstanz der Magnetronspeisung ermöglicht, ist aber infolge Verwendung von Magnetverstärkern im Aufbau kompliziert und für die gedachte Verwendung bei Mikrowellenherden unnötig teuer. Zudem erfolgt hierbei eigentlich primärseitig eine Spannungssteuerung, was einen erheblichen Leistungsverlust bedingt.

Die Zeitschrift »Elektronische Rundschau«, Nr. 10/1957, S. 306, bis 309, beschreibt industrielle Magnetrons. Zur Stromversorgung des Magnetrons wird zusätzlich ein Leistungsreglerkreis benutzt. Dabei kann die Stromregelung durch Verwendung von gittergesteuerten Gleichrichterröhren erfolgen. Durch eine Rückkopplung des Anodenstroms in den Gitterkreis der Gleichrichterröhren wird eine Leistungsstabilisierung gegenüber Netzspannungsschwankungen ermöglicht, da der dynamische Innenwiderstand des Magnetrons im Arbeitspunkt extrem niedrig ist. Eine weitere Regelmöglichkeit bietet nach dieser Druckschrift das Magnetfeld eines Magnetrons, da die Eingangsleistung mit steigendem Magnetfeld, grob angenähert, linear fällt. Auch dieser Leistungsregelkreis

kann gleichzeitig als Stabilisationskreis ausgebildet werden. Wird die Eingangsleistung über die Eingangsspannung mit einem Handregler gesteuert, so kann eine teilweise Kompensation des Einflusses von Netzspannungsschwankungen auf den Anodenstrom durch einen relativ hohen Innenwiderstand des Stromversorgungsgerätes, z. B. bei Verwendung eines Transforrpators mit hohem Streuwert, durch zusätzliche Stfeuschenkel, zusätzliche Kompensationswicklung usw. erreicht werden. Diese vorgeschlagenen Regelmöglichkeiten sind aber entweder baulich zu aufwendig oder aber, sie gewährleisten nicht die geforderte Stromkonstanz und sind daher nicht für die Verwendung bei Mikrowellenherden geeignet

Aus der DT-PS 6 71310 ist es bei magnetischen Spannungsgleichhaltern mit Längsdrosselspule und Querdrosselspule in Parallelschaltung mit einem Kondensator bekannt, in Reihenschaltung mit der Längsdrosselspule eines solchen magnetischen Spannungsgleichhalters einen Reihenkondensator vorzusehen, der so bemessen ist, daß sein Scheinwiderstand gleich oder annähernd gleich dem Blindwiderstand der Längsdrosselspule ist. Bei einem solchen magnetischen Spannungsgleichhalter soll die konstante Verbraucherspannung auch dann aufrechterhalten werden, wenn die Größe des Blindstromes sich ändert. Dieser Spannungsgleichhalter ist infolge der Verwendung von Längsoder Querdrosselspulen aufwendig aufgebaut. Bei Verwendung zur Stromversorgung von Magnetrons mußte zusätzlich ein Transformator eingesetzt werden. Außerdem verhindert diese Spannungssteuerung nicht, daß bei Spannungserhöhung das Magnetron gefährdende Stromspitzen auftreten.

Ferner ist es aus der US-PS 25 75 001 bei Zündvorrichtungen für Lichtbogen- und Gasentladungsröhren bekannt, in Reihe mit der Sekundärwicklung des Zündtransformators einen Kondensator und die Lichtbogen- bzw. Gasentladungsröhre zu schalten, wobei zur Lichtbogen- bzw. Gasentladungsröhre ein Gleichrichter und ein Strombegrenzungswiderstand parallel geschaltet ist. Diese Anordnung für Lichtbogen- bzw. Gasentladungsröhren, welche eine negative Widerstandscharakteristik besitzen, ist nicht vergleichbar mit Stromversorgungseinrichtungen für Magnetrons, die eine positive Widerstandscharakteristik besitzen und bei denen bei Anwendung für Mikrowellenherde schon geringe Stromänderungen zu erheblichen Änderungen der durch die Mikrowellen erzeugten Wärmegrade führen. Zu berücksichtigen ist, daß der zur Gasentladungsröhre parallelliegende Zweig mit dem Gleichrichter nur für die Zündphase verwendet wird.

Aus der Literatur »Eletrical Engineer Reference Book, 1948, Seite 20—75« ist es u. a. bekannt, bei einer Stromversorgung für eine Röntgenröhre im Sekundärkreis eines Transformators mit enger Kopplung eine Parallelschaltung der Röntgenröhre und eines Gleichrichters und damit in Reihe geschaltet Kondensatoren vorzusehen. Diese sogenannte Villard-Schaltungsanordnung ist nicht geeignet und auch nicht dazu gedacht, die Röntgenröhre bei schwankender Netzspannung mit im wesentlichen konstantem Strom zu speisen. Vielmehr soll hier nur eine Spannungsverdopplung der Sekundärspannung des Transformators erreicht werden.

Die Druckschrift »Archiv für Technisches Messen«, Nov. 1934, JO62-7, beschreibt grundsätzlich selbsttätige Strom- und Spannungsregler. Unter anderem soll zur Konstanthaltung der Sekundärspannung bei schwankender Primärspannung zwei Transformatoren verwendet werden, von denen der eine als Spartransformator ausgebildet, durch einen Kondensator kapazitiv belastet und stark gesättigt ist, während ein anderer mit schwacher Sättigung arbeitet. Die hierdurch entstehenden beiden sekundären Spannungskomponenten werden zur Ausgangsspannung zusammengesetzt, die bei Schwankungen der Eingangsspannung konstantgehalten wird. Nach einem weiteren Vorschlag aus dieser Druckschrift ist es bekannt, die Speisespannung für einen Verbraucher trotz schwankender Betriebsspannung dadurch konstantzuhalten, daß eine stark gesättigte Drosselspule mit einem Kondensator in Reihe geschaltet wird. Diese Reihenschaltung ist direkt an das Netz angeschlossen. Parallel zur Reihenschaltung ist der Verbraucher, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines parallel zum Kondensator liegenden schwach gesättigten Transformators, angeschlossen. Bei diesen Schaltungsanordnungen wird eine Konstanthaltung der Versorgungsspannung für den Verbraucher, nicht aber eine Konstanthaltung des Verbraucherstromes angestrebt. Sie sind nicht geeignet zur Stromversorgung von Magnetrons, insbesondere für Mikrowellenherde, angewendet zu werden, da zwar eine Spannungskonstanthaltung, nicht aber eine das Magnetron speisende Stromkonstanthaltung erreicht wird. Für den gleichen Zweck ist es nach dieser Druckschrift auch bekannt, mit stark gesättigtem Transformator zu arbeiten, mit dem ein Widerstand in Reihe geschaltet ist. Die Verbraucherspannung ergibt sich durch die Sekundärspannung des Transformators und einer vom Widerstand abgegriffenen Teilspannung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung mit einem an einer Netzspannungsquelle betriebenen Magnetron so zu verbessern, daß mit einfachsten und billigen Mitteln erreicht wird, daß trotz Netzspannungsschwankungen innerhalb gewisser Grenzen das Magnetron mit konstantem Strom gespeist wird, so daß insbesondere bei Anwendung für Mikrowellenherde vorgegebene Einstellwerte stets gleichbleibende Gar-Ergebnisse liefern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Kern des Transformators im Bereich seiner Sekundärwicklung sich infolge des durchfließenden Sekundärstromes im Sättigungsbereich befindet, daß mindestens ein Kondensator vorhanden ist, der mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe geschaltet ist und dessen kapazitiver Blindwiderstand den Streublindwiderstand der Sekundärwicklung des Transformators übersteigt, um in der Sekundärwicklung während des Betriebes einen voreilenden Strom zu erzeugen, sowie daß eine Gleichrichteranordnung in einer derartigen Zwischenschaltung zwischen Kondensator und Magnetron vorgesehen ist, daß Kondensator und Sekundärwicklung während eines solchen Betriebes wechselstromdurchflossen sind.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß es mit einfachen, daher billigen Bauelementen möglich wird, ein Magnetron, insbesondere für Mikrowellenherde, mit im wesentlichen konstantem Strom zu speisen, auch wenn Netzspannungsschwankungen innerhalb üblicher Grenzen auftreten. Demzufolge kann ein mit einer solchen Schaltungsanordnung ausgestatteter Mikrowellenherd mit voreinstellbaren" Gar-Werten betrieben werden, wobei die Gewähr dafür gegeben wird, daß ausgezeichnete Gar-Ergebnisse trotz der genannten Netzspannungsschwankungen erreichbar sind. Zusätzlich werden

gefährliche Spitzenströme für das Magnetron bei steigender Speisespannung vermieden. Auch werden die durch die Herstellungstoleranzen der Magnetrons bedingten, abweichenden Betriebsbedingungen bis auf geringe Unterschiede ausgeglichen. Somit können die notwendigen Korrektureinstellungen auf ein Minimum reduziert werden. . -

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Gleichrichteranordnung mit dem Kondensator einen Spannungsverdoppler. Hierdurch wird erreicht, daß mit einfachsten und billigen Mitteln die üblicherweise sehr hohe Speisespannung für das Magnetron erzielt werden kann. Somit muß nicht der Transformator selbst die hohe Speisespannung liefern, wodurch teuere Isolationsmaßnahmen vermieden werden.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Gleichrichteranordnung ein Einweg-Gleichrichter, der Kondensator, der Gleichrichter und die Sekundärwicklung sind in Reihe geschaltet, das Magnetron ist zum Gleichrichter parallel geschaltet und die Anode des Magnetrons ist mit der Kathode des Gleichrichters sowie die Kathode des Magnetrons mit der Anode des Gleichrichters verbunden. Eine solche Schaltungsanordnung erlaubt einen besonders einfachen und billigen Aufbau.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Gleichrichteranordnung eine Gleichrichterbrückenschaltung, deren Eingangsklemmen mit der Reihenschaltung von Kondensator und Sekundärwicklung verbunden sind. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 ein Anodenspannungs-Anodenstrom-Diagramm für ein übliches Magnetron,

F i g. 2 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung mit einem an einer Netzspannungsquelle betriebenen Magnetron, unter Verwendung einer Gleichrichterbrükke,

F i g. 3 einen Querschnitt des für die Schaltungsanordnung verwendeten Transformators,

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit einiger Betriebskennwerte eines Magnetrons in Abhängigkeit von der Primär- bzw. Netzspannung,

F i g. 5 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, unter Verwendung eines Einweg-Gleichrichters,

F i g. 6 und 7 abgewandelte Ausführungsbeispiele von Schaltungsanordnungen unter Verwendung von Paaren von Magnetrons.

Den notwendigen Überblick über die maßgeblichen Verhältnisse liefert die Kurve 10 in Fig. 1, die die Abhängigkeit der vertikal und in Kilovolt aufgetragenen Anodenspannung von dem horizontal in Ampere aufgetragenen Anodenstrom des Magnetrons wiedergibt. Man erkennt, daß der Anodenstrom im Bereich von etwa 5 Kilovolt sehr rasch ansteigt, wenn die Spannung nur vergleichsweise geringfügig zunimmt. Der Schwingungszustand in dem Magnetron stellt sich dabei erst beieinem ziemlich hohen Spannungswert ein, der etwa der Stelle entspricht, an der die Kurve 10 beginnt. In diesem Anfangsbereich herrschen an sich jedoch keine stabilen Verhältnisse und dieses Stück der Kurve ist daher als gestrichelter Abschnitt 12 wiedergegeben. Als eigentlicher Arbeitsbereich kommen Spannungen in der Größenordnung von 5000 Volt und mehr in Frage, wobei also ein mittlerer Anodenstrom von beispielsweise 250 Milliampere schon bei kleinen Spannungsschwankungen starke Änderungen erfährt.

Geht man von einer Netzwechselspannung von etwa 120VoIt aus, so muß diese Spannung auf einen etwa 45mal so großen Wert herauftransformiert werden, um an der Sekundärwicklung eine Spannung der erforderlichen Größe zwischen 5000—6000 Volt, im angenommenen Fall also 5400 Volt, zur Verfügung zu haben. Wenn sich die Primärspannung dann auch nur um 1 Volt ändert, so entspricht das einer Änderung von mindestens 45 Volt in der Sekundärwicklung, und da diese Spannungsänderung in einem praktisch horizontal verlaufenden Abschnitt der Stromspannungskurve 10 stattfindet, so veranlaßt diese geringfügige Spannungs-Schwankung bereits eine erhebliche Stromschwankung. Für ein einwandfreies Arbeiten des Magnetrons sind aber schon sehr kleine Stromschwankungen unzulässig. Schwankungen der Netzspannung von einigen Volt sind aber in keiner Weise ungewöhnlich.

In F i g. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für ein Magnetron wiedergegeben. Das Magnetron selbst ist bei 20 schematisch angedeutet und hat eine Auffangsonde 22, die einen Wellenleiter 24 speist, der seinerseits zu einem (in einen f { nicht dargestellten Ofen ragenden) Horn 26 führt. Der *£ Wellenleiter 24 ist mit der bei 84 geerdeten Anode verbunden. Die Heizung einer Kathode 30 erfolgt über eine Heizwicklung 32, die von der Sekundärwicklung 36 eines Heiztransformators 34 gespeist wird. Die von der Sekundärwicklung 36 abgegebene Wechselspannung beträgt etwa 4,5 Volt und ist in der Lage, eine Leistung von etwa 120 Watt für die Heizung der Kathode zur Verfügung zu stellen. Die Primärwicklung 38 ist an eine geeignete Wechselspannungsquelle 40 angeschlossen, wobei hinsichtlich der Wechselspannungsquelle in erster Linie an ein normales Versorgungsnetz mit einer Spannung von 120VoIt und einer Frequenz von 60 Hertz gedacht ist. Ein übliches Magnetron 20 kann dann ein Hochfrequenzfeld mit Schwingungen in der Größenordnung von einigen 1000 Megahertz erzeugen, das ausreicht, um eine dieser Energie ausgesetzte Speise in einem Mikrowellenherd in kurzer Zeit zu erwärmen bzw. zu kochen.

Der bisher beschriebene Aufbau ist allgemein bekannt, ebenso wie die Maßnahme, eine Anodenspan- ^ nung von etwa 5000 Volt zwischen Kathode 32 und '" geerdeter Anode 28 vorzusehen.

Ein Transformator 50 ist mit seiner Primärwicklung 52 an die Netzleitung 40 angeschlossen. Sofern im übrigen das Netz beispielsweise nicht eine Spannung von 120, sondern von etwa doppelter Größe, als 240 Volt, liefert, so kann eine Anpassung an diese Verhältnisse ohne weiteres vorgenommen werden.

Der Kern des Transformators ist in an sich bekannter Weise aus Stahlblech guter elektrischer Qualität, etwa kornorientiertem Stahlblech, geschichtet oder gewikkelt. Die von dem gemeinsamen Kern getragene Sekundärwicklung 54 ist mit der Primärwicklung 52 nur lose magnetisch gekoppelt, was in der Praxis auf einfache Weise entweder dadurch erreicht werden kann, daß die Primär- und die Sekundärwicklung mit einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, oder daß außerdem noch ein magnetischer Nebenschluß, wie bei 56 angedeutet, vorgesehen ist.

Dieser magnetische Nebenschluß 56 kann mit dem eigentlichen Kern des Transformators eine Einheit bilden, oder aber auch als zusätzliches Bauteil in den Kern eingesetzt sein.

Eine praktische Ausführungsform eines Kernes ist in F i g. 3 veranschaulicht. Der Transformatorkern hat einen U-förmigen Körper 60 mit einem äußeren Schenkel 62, einem inneren Schenkel 64, sowie einem die beiden Schenkel 62, 64 verbindenden Joch 66. Die offene Seite des U-förmigen Körpers 60 ist durch ein bei 67 angrenzendes Jochstück 68, das gleichzeitig den magnetischen Kreis schließt, überbrückt ,Statt der beschriebenen Form kommen ebenso andere Ausführungen in Frage. Die Gesamtbreite des Kerns 60, 68 betrug bei einem praktischen Beispiel etwa 12 cm, bei einer Gesamtlänge von ca. 20 cm, während der zwischen dem Nebenschluß 56 und Schenkel 64 vorhandenen Luftspalt 71 etwa 3 mm stark war. Als Primärflußdichte waren 18000 Gauß gewählt worden.

Aus Fig.2 ergibt sich weiter, daß ein Anschluß der Sekundärwicklung 54 mit einem Kondensator 73 verbunden ist, der bei dem praktischen Ausführungsbeispiel eine Kapazität von 0,125 Mikrofarad hatte und für eine Spannung von mehr als 6200 V_c/r ausgelegt war. Diese Spannung steht an den Kondensatorklemmen bei einer Primärspannung von 120 Volt an.

Die aus Kondensator 73 und Sekundärwicklung 54 gebildete Reihenschaltung ist dann an die Eingangsklemmen 72 und 74 eines Vierweggleichrichters 76 angeschlossen, dessen eine Ausgangsklemme 78 positives Potential und dessen zweite Ausgangsklemme 80 negatives Potential führt. Die Ausgängsklemme 78 ist über den Leiter 86 an die Anode 28 des Magnetrons 20 angeschlossen und gleichzeitig bei 84 geerdet, während die Ausgangsklemme 80 über einen Leiter 90 und über den Heizfaden 32 mit der Kathode 30 verbunden ist. Der Strom ist ungesiebt, somit wird das Magnetron 20 von positiven Halbwellen gespeist. An den Eingangsklemmen 72 und 74 stehen mit jeder Halbschwingung wechselnde Potentiale, so daß über den Kondensator 73 ständig Strom fließt.

Bei Inbetriebnahme der Schaltung führt die Sekundärwicklung 54 einen voreilenden Wechselstrom, und der Eisenkern geht im Bereich der Sekundärwicklung 54 in den Sättigungszustand über. So kommt es bei der Auslegung des Transformators 50 in starkem Maße darauf an, die Flußdichte so einzustellen, daß bei Betrieb und bei Leerlauf der Sättigungsgrad erreicht wird, der zu dem gewünschten großen Leistungsfaktor und großen Wirkungsgrad führt.

Sobald die Sättigung in dem Teil des Eisenkerns eintritt, der den Sekundärfluß führt, wirkt der voreilende Blindstrom des Sekundärkreises auf den Primärkreis zurück. Sind die Werte so gewählt, daß der nacheilende Blindwiderstand der Primärwicklung, hervorgerufen durch die Induktivität der Primärwicklung 52 und den von der Primärwicklung aufgenommenen Magnetisierungsstrom, gerade kompensiert wird, kann für die von der Netzleitung 40 abgegebene Leistung ein großer Leistungsfaktor erreicht werden. Dies läßt sich auf verhältnismäßig einfache Weise dadurch verwirklichen, daß die physikalischen Konstanten und die Kenngrößen Ben der Schaltung so aufeinander abgestimmt werden, daß bei Kurzschluß der Sekundärwicklung 54 über den Kondensator 73 die Primärwicklung 52 der Netzleitung nur einen Minimalstrom entnimmt. Die Bedeutung dieser Maßnahme besteht darin, daß die auf den Primärkreis bezogenen, einen voreilenden und nacheilenden Strom erzeugenden Blindwiderstände hierfür sich aufheben. In der Praxis erfordern die Konstanten dann eine geringfügige Nachstellung während der eigentlichen Belastung, so daß auch noch der Einfluß der Verbraucherspannung und des Verbraucherstromes kompensiert werden kann.

In Fig.4 ist veranschaulicht, welche günstigen Ergebnisse bzw. Werte sich durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für einige der für ein Magnetron wesentlichen Kenngrößen erzielen lassen. Im einzelnen entsprechen darin die Kurve a dem Netzstrom (in Amp.), die Kurve b dem Leistungsfaktor, die Kurve c der Ausgangsleistung (in Kilowatt) und die Kurve c/dem durch das Magnetron fließenden Strom (in Milliampere).

Man erkennt, daß das Magnetron sich grundsätzlich wie ein Widerstand mit positiver Kennlinie verhält, im Gegensatz zu Gasentladungsröhren, die eine negative Widerstandskennlinie haben. Daraus folgt besonders, wie überraschend es ist, daß ein Schaltungsaufbau, wie er an sich für die Verwendung im Zusammenhang mit Gasentladungsröhren bekanntgeworden ist, sich tatsächlich auch für die Versorgung von Magnetrons eignet, obwohl diese, wie ausgeführt, sich gerade entgegengesetzt verhalten.

Einer der wesentlichsten Gesichtspunkte in der Strombegrenzertechnik im Zusammenhang mit Gasentladungsröhren ist der Unterschied zwischen Leerlaufund Betriebsspannung. Für eine gewöhnliche Gasentladungsröhre erfordert die Zünd- und Betriebsschaltung eine Leerlaufspannung, die von 50% bis zu 300% größer ist als die eigentliche Betriebsspannung. Insofern würde man also nicht annehmen, daß eine solche Schaltung auch nur in irgendeiner Form sinnvoll für den Betrieb eines Magnetrons eingesetzt werden könnte, bei dem die Leerlaufspannung des Transformators nur einige Prozent größer ist als die Betriebsspannung.

Die in F i g. 4 für die einzelnen Kennwerte dargestellten Kurvenzüge beziehen sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2. Bei einem Schwankungsbereich von 110 bis 130 Volt Gleichspannung (was an sich eine beträchtliche Schwankung darstellt, mit der normalerweise nicht gerechnet zu werden braucht), ändert sich der Netzstrom (Kurve a) nur um weniger als 1 Ampere, innerhalb eines Bereiches von 115—125 Volt sogar nur um 0,3 Ampere. Der in dem Magnetron fließende Anodenstrom (Kurve d) schwankt in diesem Bereich um etwa 35 Milliampere, aber in dem als etwas normaler anzusehenden Bereich von 10 Volt zwischen 115 und 125 Volt nur um 25Milliampere.

Für den Leistungsfaktor (Kurve b) ergeben sich besonders günstige Werte, die in einem Änderungsbereich von 115—130 Volt stets die Größenordnung von etwa 0,95 beibehalten, bei kleiner werdender Spannung sogar noch größer ausfallen.

Entsprechend bleibt auch die Ausgangsleistung (Kurve c) des Magnetrons in dem gesamten in Frage kommenden Schwankungsbereich in der angestrebten Weise im wesentlichen konstant.

Was die Kurven im übrigen nicht erkennen lassen, ist die Tatsache, daß auch bei hoher Leistungsbeanspruchung die Stromwellen und insofern die pulsierende Spannung, die auf das Magnetron einwirkt, ohne Spitzen bleiben. Das liegt in der Natur der Sache begründet, insofern als die erfindungsgemäße Schaltung einen im wesentlichen konstanten Strom liefert, und der sich daraus ergebende kleine Scheitelfaktor führt nur zu einer Verbreiterung der Form der Stromkurven, ohne dagegen eine Spitzenbildung zu veranlassen.

Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel kann in der Praxis eine Reihe von Abwandlungen erfahren. Solche abgewandelten Ausführungsbeispiele sind in den

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F i g. 5, 6 und 7 wiedergegeben. Im Unterschied zu der Schaltungsanordnung nach Fig.2, bei der von einer Vollweggleichrichtung Gebrauch gemacht wird, so daß das daran angeschlossene Magnetron 20 fortlaufend von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen wird, ist bei diesen Beispielen jeweils nur eine Einweggleichrichtung vorgenommen worden, so-daß die einzelnen Magnetrons auch jeweils nur--gun. den positiven Stromhalbwellen durchflossen werden, während die negativen Halbwellen des Stromes ohne Einfluß bleiben. Gleiche Magnetrongrößen vorausgesetzt, ist demnach die Ausgangsleistung, die von den Magnetrons 20 bzw. 20' in Verbindung mit den Schaltungen nach den Fig.5—7 abgegeben wird, geringer als die gemäß F i g. 2 erhaltene.

Die Schaltung der F i g. 5 stellt zunächst ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Eine einfache Gleichrichteranordnung 76, beispielsweise eine Diode oder eine Mehrzahl in Durchlaßrichtung parallelgeschalteter Dioden, ist mit der Sekundärwicklung 54 einerseits und dem Kondensator 73 andererseits in Reihe geschaltet und gleichzeitig mit ihrem positiven Pol — wieder über die Heizwicklung 36 — an die Kathode 30, mit ihrem negativen Pol unmittelbar an die Anode 28 des Magnetrons 20 angeschlossen. Wie schon in F i g. 2, ist auch hier die Anode 28 wieder über einen Anschluß 84 geerdet

Wenn nun der den Kondensator 73 mit dem negativen Pol der Gleichrichteranordnung 76 und der Anode 28 verbindende Leiter 86 positiv, der die eine Anschlußklemme der Sekundärwicklung 54, den positiven Pol der Gleichrichteranordnung 76 und schließlich die Kathode 30 miteinander verbindende Leiter 90 dagegen negativ is, so kann Strom nur durch das Magnetron 20 von dessen Anode 28 zur Kathode 30 fließen, während die Gleichrichteranordnung 76. Liegt am Leiter 86 dagegen 76 sperrt, negative und am Leiter 90 eine positive Spannung, so kann zwar kein Strom durch das Magnetron fließen, jedoch ist die Gleichrichteranordnung 76 und der Kondensator 73 unabhängig von der Sperrung des Magnetrons 20 stromdurchflossen.

Die Schaltung gemäß F i g. 5 eignet sich insbesondere für solche Anwendungsfälle, bei denen es in erster Linie nicht so sehr auf einen besonders guten Wirkungsgrad ankommt, als vielmehr auf einen übersichtlichen und einfachen Schaltungsaufbau, sowie darauf, die Grundko-. sten für die Schaltung selbst niedrig zu halten.

In F i g. 6 ist eine Schaltungsanordnung wiedergegeben, bei der zwei Magnetrons 20 und 20' von einem gemeinsamen Transformator 50 gespeist werden. Die beiden Magnetrons sind dabei in einer Art Gegentaktschaltung angeschlossen, wobei jedes Magnetron abwechselnd während einer Halbperiode Strom führt.

Die beiden Anoden 28 und 28' sind über Leiter 102 und 102' und einen Anschluß 84 geerdet. Der Heiztransformator 38 ist mit zwei voneinander isolierten Sekundärwicklungen 36 und 36' versehen, die die beiden Heizwicklungen 32 und 32' mit der erforderlichen Heizenergie beliefern. Über die Heizwicklung 32, einen Leiter 100 sowie den Kondensator 73 ist die Kathode 30 des ersten Magnetrons 20 an die eine Ausgangsklemme der Sekundärwicklung 54 angeschlossen, während die zweite Kathode 30' über die ihr zugeordnete Heizwicklung 32' und einen Leiter 100' mit der zweiten Anschlußklemme der Sekundärwicklung 54 in Verbindung steht. In zur Schaltung nach Fig.5 analoger Weise sind Kathode 30 und Anode 28 sowie Kathode 30' und Anode 28' jeweils durch Gleichrichteranordnungen 76 bzw. 76' überbrückt.

Jm Betrieb verhält sich die Schaltung gemäß Fig.6 im wesentlichen genauso wie die in Fig. 5 wiedergegebene Schaltung, nur eben mit dem Unterschied, daß bei der Schaltung nach F i g. 6 in jeder Halbperiode abwechselnd je ein Magnetron wirksam ist, so daß die von der Schaltung insgesamt abgegebene Leistung wieder der Leistung der Schaltung gemäß F i g. 2

to entspricht, sofern im übrigen für beide Fälle gleiche Bedingungen vorliegen.

Auch F i g. 7 betrifft eine Schaltung für die Speisung von zwei Magnetrons. In diesem Fall ist es jedoch möglich, auf zusätzliche Gleichrichteranordnungen zu verzichten und einen Rückschlußzweig, mit dessen Hilfe ein fortlaufender Stromfluß durch den Kondensator 73 sichergestellt wird, unmittelbar durch die Magnetrons selbst zu bilden. Diese Schaltung nach F i g. 7 würde der Schaltung nach Fig.5 entsprechen, wenn in der letztgenannten Schaltung die Gleichrichteranordnung 76 in geeigneter Weise durch ein zweites Magnetron ersetzt würde.

Im übrigen sind die Schaltelemente der F i g. 7 im wesentlichen dieselben wie in F i g. 6 und insofern auch

mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, jedoch i£j in diesem Fall die nicht an den Kondensator 73 angeschlossene Ausgangsklemme der Sekundärwicklung 54 bei 84 geerdet, ebenso wie die Verbindungsleitung 100,102' der Anode 28' mit der Kathode 30. Wenn der Leiter 102 positives Potential besitzt, gibt das erste Magnetron 20 Schwingungsenergie ab, während das zweite Magnetron 20' während dieser Zeit unwirksam bleibt. In der nächsten Halbperiode, in der der Leiter 102 negatives und der Leiter 100 positives Potential besitzen, bleibt das erste Magnetron 20 vorübergehend außer Betrieb, während stattdessen das zweite Magnetron 20' über den Kanal 26' seine Hochfrequenzenergie abgibt.

Die zuletzt erläuterte Schaltung macht also zusätzliehe Gleichrichteranordnungen entbehrlich, weil die Gleichrichtereigenschaften der Magnetrons selbst ausgenutzt werden. Allerdings ist es in diesem Fall erforderlich, daß die Magnetrons den während der Sperrphase anstehenden Spannungen entgegengesetzter Polung standzuhalten vermögen.

Wenn im übrigen im vorliegenden Rahmen von »konstantem Strom« die Rede ist, so ist dabei in erster Linie gemeint, daß die Stromschwankungen sich in verhältnismäßig engen Grenzen halten. Der Idealfall wäre, daß über den ganzen Bereich der Netzspannungsschwankungen keinerlei Schwankungen des Magnetronstromes eintreten würden. So strenge Anforderungen brauchen jedoch für ein einwandfreies Arbeiten des Magnetrons nicht gestellt zu werden. Die in Fig.4 gezeigten Kurven lassen ein leichtes Ansteigen des Magnetronstromes (Kurve d) bei Ansteigen der Netzspannung erkennen, aber ein Anstieg innerhalb dieser Grenzen kann in der Praxis ohne weiteres in Kauf genommen werden, weil er zu keinen unzulässigen Belastungen des Magnetrons oder anderer Elemente der Schaltung führt. Tatsächlich ergibt sich ein ausgezeichnetes Betriebsverhalten.

Die Erfindung selbst ermöglicht es grundsätzlich, den Strom mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden konstan! zu halten, die von den jeweils an den Schaltungsaufbau gestellten Anforderungen abhängen. Zum Beispiel könnte eine bessere Stromkonstanz durch Erhöhung der Sekundärspannung erzielt werden,

jedoch können dadurch die Kosten für Bauteile, die dann auch den höheren Spannungen standzuhalten vermögen, so stark ansteigen, daß eine wirtschaftliche Verwertung sich nicht lohnt.

Es muß als ein wesentlicher Vorteil der Erfindung angesehen werden, daß sie eine weitgehende Anpas-

sung der Schaltungskonstanten an die jeweils herrschenden Bedingungen ermöglicht. Der der Kurve b entsprechende Leistungsfaktor kann z. B. für viele Fälle besser sein als erforderlich, und es könnten dann andere Kennwerte auf Kosten des Leistungsfaktors günstiger gewählt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit einem an einer Netzspannungsquelle betriebenen Magnetron mit einem Transformator mit loser Kopplung zwischen der Primärwicklung und der galvanisch getrennten Sekundärwicklung, an die das - Magnetron angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (60) des Transformators (50) im Bereich seiner Sekundärwicklung (54) sich infolge des durchfließenden Sekundärstromes im Sättigungsbereich befindet, daß mindestens ein Kondensator (73) vorhanden ist, der mit der Sekundärwicklung des Transformators in Reihe geschaltet ist und dessen kapazitiver Blindwiderstand den Streublindwiderstand der Sekundärwicklung des Transformators übersteigt, um in der Sekundärwicklung während des Betriebes einen voreilenden Strom zu erzeugen, sowie daß eine Gleichrichteranordnung (76) in einer derartigen Zwischenschaltung zwischen Kondensator und Magnetron (20) vorgesehen ist, daß Kondensator und Sekundärwicklung während eines solchen Betriebes wechselstromdurchflossen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung (76) mit dem Kondensator (73) einen Spannungsverdoppler bildet

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung ein Einweg-Gleichrichter (76) ist, daß der Kondensator (73), der Gleichrichter (76) und die Sekundärwicklung (54) in Reihe geschaltet sind, daß das Magnetron (20) zum Gleichrichter (76) parallel geschaltet und die Anode (28) des Magnetrons mit der Kathode des Gleichrichters sowie die Kathode (30) des Magnetrons mit der Anode des Gleichrichters verbunden ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung eine Gleichrichterbrückenschaltung (76) ist, deren Eingangsklemmen (72, 74) mit der Reihenschaltung von Kondensator (73) und Sekundärwicklung (54) verbunden sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetron-Anode (28) an Massepotential (84) gelegt ist

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (50) einen geschlossenen ferromagnetischen Kreis bildenden Eisenkern (60, 68) aufweist, der mindestens zwei Schenkel (62, 64) und zwei, die Schenkel verbindende Jochstücke (66, 68) besitzt und daß die Primärwicklung (52) und die Sekundärwicklung (54) koaxial, mit einem Abstand voneinander, auf dem einen Schenkel angeordnet sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abstand zwischen den Wicklungen (52, 54) ein magnetischer Nebenschluß (56) vorgesehen ist, der sich zwischen den Schenkeln (62,64) des U-förmigen Körpers (60) erstreckt.