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Die Erfindung betrifft im allgemeinen
eine Vorrichtung zum Erkennen eines anormalen Zustand eines Mikrowellenofens
sowie ein Verfahren zum Erkennen eines anormalen Zustands eines
Mikrowellenofens. Insbesondere betrifft sie eine Vorrichtung zum
Erkennen eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens, die in
der Lage ist, entweder einen unbelasteten Zustand einer Kochkammer
oder eine Überhitzung
eines Magnetrons oder einer Kochkammer durch die Verwendung einer
an beide Anschlüsse
des Magnetrons angelegten Spannung zu überwachen, und betrifft ferner
ein Verfahren zum Erkennen eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens.
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Aus der
DE 37 41 381 C2 ist eine
Vorrichtung zum Erkennen eines anormalen Zustandes eines Mikrowellenofens
bekannt, bei der die Stromversorgung zum Magnetron mittels eines
Relais zu- und abschaltbar ist. Die Eingangsspannung vom Relais
wird durch einen Hochspannungstransformator hochgespannt und als
Anodenspannung an das Magnetron angelegt. Die Mikrowellen vom Magnetron
werden zum Kochen von Nahrungsmittel in eine Kochkammer eingekoppelt.
Ein Temperaturfühler
erfaßt
die Temperatur des Magnetrons oder des Hochspannungstransformators
und durch eine Steuereinrichtung wird über das Relais das Magnetron
abgestellt oder dessen Leistung reduziert, falls sich dieses aufgrund
eines anormalen Zustands überhitzt.
Eine Erwärmung
des Magnetrons ist z.B. zu erwarten, wenn die Magnetronleistung
aufgrund höherer
Anodenspannung steigt.
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Beim Mikrowellenofen der
DE 40 23 132 A1 wird
eine Überspannung
der Anodenspannung am Magnetron erfaßt und bei Überspannung die Leistung durch
Rückregelung
des Wechselrichterausgangs heruntergefahren.
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Ähnlich
wird bei der
JP 2-61893
A die Anodenspannung überwacht
und einer Steuereinheit zur Regelung der Eingangsspannung an einem
Hochspannungstransformator, der die Anodenspannung liefert, verwendet.
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Aus dem Lehrbuch "Halbleiter-Schaltungstechnik",
8. Aufl., Springer Verlag, 1986, ist ein als Verstärker wirkender
Operationsverstärker
bekannt, bei dem die Verstärkung über das
Widerstandsverhältnis
zweier extern geschalteter Widerstände einstellbar ist.
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Auch bei den Mikrowellenöfen der
US 4,900,989 und der
JP 03-062496 A werden
die Anodenspannungen der Magnetrons überwacht und eine Steuereinrichtung
steuert in Abhängigkeit
des erfaßten
Anodenstroms ein Schaltelement im Eingangsschaltkreis eines Hochspannungstransformators,
um die Leistung zu regeln und ggf. gegen Überspannungen zu sichern.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen eines anormalen
Zustands eines Mikrowellenofens bereitzustellen, mit denen ein Überhitzungszustand
des Mikrowellenofens sicher erkannt wird, ohne ein Abschalten bei
kurzzeitig auftretenden anormalen Zuständen auszulösen.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 bzw. 3 gelöst.
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Anspruch 2 definiert eine vorteilhafte
Ausgestaltung des Verfahrens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachstehend anhand der Zeichnung unter Bezugnahme auf den
Stand der Technik näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer herkömmlichen
Vorrichtung zum Erkennen eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens,
welche einen Überhitzungsausschalter
verwendet;
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2 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen
eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens ohne irgendeinen
herkömmlichen Überhitzungsausschalter;
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3A graphisch
eine an beide Anschlüsse eines
Magnetrons angelegte Spannung (Vap), die sich mit dem Vorhandensein
von zu kochenden Nahrungsmitteln (d.h. Last) in der Kochkammer des
Mikrowellenofens ändert;
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3B graphisch
eine an die beiden Anschlüsse
des Magnetrons angelegte Spannung (Vap), die als Impulssignal mit
einer gegebenen Periode erzeugt wird und in ein digitales Signal
umgewandelt wird; und
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4 die
erfindungsgemäße Steuerungsfolge
zum Verhindern eines anormalen Zustands, der aufgrund des vorübergehenden
fehlerhaften Betriebs auftreten kann, durch Verzögern des Stoppens des Betriebs
des Magnetrons für
eine gegebene Zeitdauer, wenn festgestellt wird, daß sich der
Mikrowellenofen in einem anormalen Zustand befindet.
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2 ist
ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erkennen
eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens ohne irgendeinen Überhitzungsausschalter.
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Mit Bezug auf 2 umfaßt eine Vorrichtung zum Erkennen
eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens der Erfindung einen
Entstörfilter 10, der
das in einer angelegten Wechselspannung 1 enthaltene Rauschen
entfernt; einen Tasteneingabeteil 40, der ein von einem
Benutzer eingegebenes Tastensignal empfängt; ein erstes Relais RY21,
das die Eingangswechselspannung 1 entweder zuführt oder abschaltet;
ein zweites Relais RY22, das den Strom zu einem Gebläsemotor
FM entweder zuführt
oder abschaltet; ein Magnetron 30, das elektromagnetische
Hochfrequenzwellen für
eine Kochkammer erzeugt; und einen Hochspannungsteil 20 mit
einer ersten Spule, an die die angelegte Wechselspannung 1 angelegt
wird, und einer zweiten Spule, die mit dem Magnetron 30 verbunden
ist, um dadurch das Magnetron 30 anzutreiben.
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Die Vorrichtung zum Erkennen eines
anormalen Zustands eines Mikrowellenofens umfaßt auch einen Spannungsfühlerteil 60,
der zwischen den Hochspannungsteil 20 und das Magnetron 30 geschaltet
ist, um eine an die beiden Anschlüsse des Magnetrons 30 angelegte
Spannung Vap zu prüfen; und
einen Steuerteil 50, der das Magnetron 30 durch Abschalten
des ersten und des zweiten Relais RY21 und RY22 stoppt, wenn die
Spannung zwischen den beiden Anschlüssen des Magnetrons 30,
die durch den Spannungsfühlerteil 60 geprüft wird,
höher ist
als eine vorbestimmte Bezugsspannung.
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Der Hochspannungsteil 20 besteht
aus einem Hochspannungstransformator (HVT), der die von der ersten
Spule angelegte Wechselspannung 1 in der zweiten Spule
auf einen gegebenen Pegel erhöht;
einer Hochspannungssicherung (HF), die einen Leitungsabschnitt enthält, der
schmilzt, wenn die erhöhte
Wechselspannung an diesem für
eine bestimmte Zeitdauer einen Nennwert übersteigt; und einem Hochspannungskondensator
(HVC) und einer Hochspannungsdiode (HVD), die die durch den Hochspannungstransformator
(HVT) erhöhte
Wechselspannung teilen und gleichrichten und sie an das Magnetron 30 anlegen.
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Der obige Spannungsfühlerteil 60 umfaßt einen
ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2, die mit einer
negativen Elektrode des Magnetrons 30 verbunden sind, um
die Ausgangsspannung des Hochspannungsteils 20 auf einen
gegebenen Pegel zu verringern; einen Vergleicher 61, der die
Spannungen des Magnetrons 30, die durch den ersten und
den zweiten Widerstand R1 und R2 verringert werden und in einen
invertierenden Eingang (-) eingegeben werden, mit einer Bezugsspannung, die über einen
dritten Widerstand R3 an einen nichtinvertierenden Eingang (+) angelegt
wird, vergleicht; und einen vierten Widerstand R4 und eine Zenerdiode
ZD, die mit einem Ausgangsanschluß des Vergleichers 61 verbunden
sind.
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Die folgende Beschreibung betrifft
den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Erkennen eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens und
ihren Vorteil, der erhalten werden kann.
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3A zeigt
graphisch eine an die beiden Anschlüsse des Magnetrons 30 angelegte
Spannung (Vap), die sich mit dem Vorhandensein von zu kochenden
Nahrungsmitteln (d.h. Last) in der Kochkammer des Mikrowellenofens ändert.
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Wenn ein Benutzer Nahrungsmittel
in die Kochkammer stellt und das Magnetron 30 betätigt, wird
mit Bezug auf 3A die
Spannung zwischen den beiden Anschlüssen des Magnetrons 30 langsam
mit der Zeit gesenkt, wie durch eine erste Kurve S1 gezeigt. Selbst
nachdem eine gegebene Zeitdauer ta verstreicht, ist die Spannung
Vap des Magnetrons 30 immer noch höher als die Bezugsspannung Vref.
Wenn der Benutzer jedoch keine Nahrungsmittel in die Kochkammer
stellt (d.h. unbelasteter Zustand), wird, wenn das Magnetron 30 angetrieben wird,
die Spannung Vap des Magnetrons 30 mit der Zeit abrupt
gesenkt, wie durch eine zweite Kurve S2 gezeigt, und wird niedriger
als die Bezugsspannung Vref.
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Wenn das Magnetron 30 angetrieben
wird, während
in der Kochkammer nichts vorhanden ist, und die Spannung Vap des
Magnetrons 30 für
eine lange Zeitdauer niedriger bleibt als die Bezugsspannung Vref,
werden die inneren Bauteile irreparabel beschädigt und es kann dadurch ein
Feuer ausbrechen.
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Wenn die Spannung Vap des Magnetrons 30 in
einer gegebenen Zeitdauer ta niedriger wird als die Bezugsspannung
Vref, interpretiert dies der Steuerteil 50 folglich als
einen unbelasteten Zustand, in dem in der Kochkammer nichts vorhanden
ist, und öffnet die
Relais, um die Eingangswechselspannung 1 abzuschalten,
um den Mikrowellenofen vor einem Schaden zu bewahren.
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Wenn das Magnetron 30 mit
zu kochenden Nahrungsmitteln in der Kochkammer so angetrieben wird,
daß die
Kochkammer überhitzt
wird, oder wenn die Temperatur des Magnetrons 30 höher wird
als ein Nennwert, stellt der Spannungsfühlerteil 60 außerdem fest,
daß die
Spannung Vap des Magnetrons 30 niedriger wird als die Bezugsspannung
Vref. Daher kann der Steuerteil 50 einen solchen überhitzten
Zustand aus der Spannung Vap des Magnetrons 30 erkennen,
und schaltet somit die Eingangswechselspannung 1 sofort
ab, um die inneren Bauteile des Mikrowellenofens vor einer Überhitzung
zu schützen.
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Der Spannungsfühlerteil 60 senkt
die aus dem Hochspannungsteil 20 ausgegebene Wechselspannung
im Verhältnis
des Widerstandswerts des ersten Widerstandes R1, der mit der negativen
Elektrode (-) des Magnetrons 30 verbunden ist, und jenem
des zweiten Widerstandes R2, der mit dem invertierenden Eingang
(-) des Vergleichers 61 verbunden ist. Der Hochspannungsteil 20 legt
eine gleichgerichtete Spannung von etwa 4 kV an das Magnetron 30 an.
Der Spannungsfühlerteil 60 senkt
die an das Magnetron 30 angelegte Spannung von etwa 4 kV durch
den ersten und den zweiten Widerstand R1 und R2, um diese mit der
vorgegebenen Bezugsspannung Vref, die an den nichtinvertierenden
Eingang (+) angelegt wird, zu vergleichen.
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Der Widerstandswert von sowohl dem
ersten Widerstand R1 als auch dem zweiten Widerstand R2 wird gemäß der Spannungsabfallrate
zweckmäßig festgelegt,
und da bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der
Hochspannungsteil 20 die gleichgerichtete Spannung von
etwa 4 kV an das Magnetron 30 anlegt, wird der Widerstandswert
des ersten Widerstandes R1 und des zweiten Widerstandes R2 auf 20
MΩ bzw.
20 kΩ eingestellt,
um die Spannung von 4 kV im Verhältnis
von 1/1000 zu senken.
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Der Vergleicher 61 vergleicht
die gesenkte Spannung Vap des Magnetrons durch den invertierenden
Eingang (-) mit der Bezugsspannung Vref, welche über den nichtinvertierenden
Eingang (+) angelegt wird, was folglich ein Signal erzeugt, das
eine Differenz der Spannungen für
den Steuerteil 50 anzeigt. Die Zenerdiode ZD, die mit dem
Ausgangsanschluß des
Vergleichers 61 verbunden ist, dient zur Verhinderung einer
Rückwärtsspannung über der konstanten
Spannung.
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Der Steuerteil 50 erkennt
die Spannung Vap des Magnetrons 30 nach dem Empfang des
Ausgangssignals des Vergleichers 61 über einen internen Analog/Digital-(A/D)-Wandlereingang,
und wenn die Spannung Vap niedriger ist als die Bezugsspannung Vref,
interpretiert er dies entweder als unbelasteten oder überhitzten
Zustand der Kochkammer oder unbelasteten oder überhitzten Zustand der Kochkammer
oder als eine Überhitzung
des Magnetrons 30, und schaltet dann die Relais RY21 und RY22
ab.
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3B zeigt
graphisch die Spannung Vap zwischen den beiden Anschlüssen des
Magnetrons, welche in den A/D-Wandlereingang
des Steuerteils 50 eingegeben wird und als Impulssignal
mit einer gegebenen Periode (T), die der Schwingungsperiode des
Magnetrons 30 entspricht, erzeugt wird.
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Wie in 3B dargestellt,
erfaßt
der Steuerteil 50 die Spannungswerte fünfmal (t1 bis t5) pro Periode
bezüglich
der Ausgangswellenform der Spannung Vap des Magnetrons 30.
Der Steuerteil 50 addiert sie alle und dividiert dann das
Ergebnis durch fünf,
um eine mittlere Spannung zu berechnen. Danach ermittelt der Steuerteil 50,
ob die mittlere Spannung niedriger ist als die Bezugsspannung Vref
oder nicht, und wenn die Anzahl der Spannungswerte, die geringer
sind als die Bezugsspannung, größer ist
als eine gegebene Zahl, interpretiert er dies als einen anormalen
Zustand des Mikrowellenofens, um die Relais RY21 und RY22 abzuschalten.
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Wenn das Relais RY21 abgeschaltet
wird, wird die Eingangswechselspannung 1 abgeschaltet, um
den Betrieb des Magnetrons 30 zu stoppen, wodurch ein Schaden
an den inneren Bauteilen des Mikrowellenofens und verschiedene Störungen,
die auftreten können,
wenn der anormale Zustand für eine
lange Zeitdauer unreguliert gelassen wird, verhindert wird.
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4 zeigt
die Steuerungsfolge zur Verhinderung eines anormalen Zustands, der
aufgrund des vorübergehenden
fehlerhaften Betriebs auftreten kann, durch Verzögern des Stoppens des Betriebs des
Magnetrons für
eine gegebene Zeitdauer, selbst wenn die mittlere Spannung Vave
niedriger ist als die Bezugsspannung Vref.
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Wenn ein Benutzer eine Kochfunktion
durch den Tasteneingabeteil 40 auswählt, legt der Steuerteil 50,
wie in 4 dargestellt,
durch Einschalten des ersten Relais RY21 die Eingangswechselspannung 1 an
den Hochspannungsteil 20 an, um die vom Benutzer ausgewählte Kochfunktion
auszuführen. Das
Magnetron 30 wird durch die durch den Hochspannungsteil 20 gleichgerichtete
Spannung betätigt (S200).
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Wenn das Magnetron 30 anfängt zu arbeiten, erfaßt der Spannungsfühlerteil 60 (S210)
die Spannung Vap zwischen den beiden Anschlüssen des Magnetrons 30 und
der Steuerteil 50 empfängt
die Spannung Vap zwischen den beiden Anschlüssen des Magnetrons 30 vom
Spannungsfühlerteil 60 über den
A/D-Wandlereingang,
um diese in ein digitales Signal umzuwandeln (S220). Der Steuerteil 50 tastet die
Spannung Vap zwischen den beiden Anschlüssen des Magnetrons 30 für eine vorgewählte Anzahl (z.B.
fünfmal)
ab und erfaßt
fünf Spannungswerte
pro Periode (S230). Der Steuerteil 50 addiert die erfaßten fünf Spannungswerte,
um eine Spannungssumme (Vsum) zu ermitteln (S240).
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Der Steuerteil 50 dividiert
die Spannungssumme (Vsum) durch fünf, die Abtastungsanzahl, um eine
mittlere Spannung (Vave) der Spannung Vap zu berechnen (S250). Der
Steuerteil 50 überwacht (S260),
ob die mittlere Spannung Vave niedriger ist als die Bezugsspannung
Vref oder nicht, um den gegenwärtigen
Zustand des Mikrowellenofens festzustellen.
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Wenn der Steuerteil 50 feststellt,
daß die mittlere
Spannung Vave niedriger ist als die Bezugsspannung Vref und ein
anormaler Zustand auftritt, berechnet er eine mittlere Spannung
Vave, indem er kontinuierlich die Spannung Vap zwischen den beiden
Anschlüssen
des Magnetrons für
eine gegebene Zeitdauer empfängt,
und zählt
(S270) die Anzahl der berechneten mittleren Spannungen Vave, die
niedriger sind als die Bezugsspannung Vref. Der Steuerteil 50 ermittelt
(S280), ob die berechnete Anzahl größer ist als eine gegebene Zahl
(z.B. 10) oder nicht. Wenn der Steuerteil 50 feststellt
(S280), daß die
gezählte Anzahl
größer ist
als die gegebene Zahl (z.B. 10), interpretiert er dies als einen
tatsächlichen
anormalen Zustand und nicht als vorübergehenden anormalen Zustand
und stoppt (5290) den Betrieb des Magnetrons 30, um das
Programm zu beenden.
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Wie durch die gestrichelte Linie
in 4 angedeutet, können in
weiterer Ausgestaltung die Schritte S270 und S280 ausgelassen werden.
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Wie vorstehend beschrieben, enthält die Vorrichtung
zum Erkennen eines anormalen Zustands eines Mikrowellenofens der
Erfindung keinen herkömmlichen Überhitzungsausschalter,
so daß die Gesamtherstellungskosten
gesenkt werden, und erfaßt
stetig einen anormalen Zustand, wie einen unbelasteten Zustand der
Kochkammer oder einen überhitzten
Zustand der Kochkammer oder des Magnetrons, während des Kochens durch die
Verwendung der Spannung zwischen den beiden Anschlüssen des
Magnetrons, was folglich einen Schaden der inneren Bauteile des
Ofens oder verschiedene gefährliche
Störungen,
die auftreten können,
wenn der anormale Zustand für
eine lange Zeitdauer unreguliert gelassen wird, verhindert.