DE2643940B2 - Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen zur intermittierenden Steuerung eines Magnetrons, mit einem Transformator, des en Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Magnetron verbunden ist, einer Gleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter und einem Kondensator, die parallel zur Sekundärwicklung geschaltet ist, einem Hochspannungsschalter, der bei einer ersten Ausführungsform zwischen der Kathode des Magnetrons und einem Verbindungspunkt von Kondensator und Gleichrichter und bei einer zweiten Ausführungsform zwischen dem Gleichrichter und der Anode des Magnetrons liegt, und einer Steuerschaltung mit einer Zeitgeberschaltung zur Abgabe eines Ein-Aus-Schaltsignals an den Hochspannungsschalter.

Bei einem bekannten Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen der eingangs genannten Art (US-PS 38 72 277) findet das der Steuerung der vom Magnetron abgegebene Mikrowellenleistung dienende Ein- und Ausschalten des Hochspannungsschalters gemäß dem von der Zeitgeberschaltung an die Steuerschaltung abgegebenen Ein-Aus-Schaltsignal statt Die Zeitgeberschaltung arbeitet völlig unabhängig von der Phase der Primärspannung und gibt das Ein-Aus-Schaltsignal in bezug zur Phase der Primärspannung völlig willkürlich ab. Dabei treten bei ungünstiger Phasenlage des Schaltzeitpunktes schädliche Störspannungsspitzen und Stromstöße auf sowie Rauschstörungen, die durch den an den Schalterkontakten sich ausbildenden Lichtbogen bewirkt sind, so daß neben anderen ungünstigen Auswirkungen die Kontakte des Hochspannungsschalters im Lauf der Zeit abbrennen, wenn nicht besondere weitere Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer der Kontakte getroffen werden.

Es ist zwar ein Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen bekannt (GB-PS 13 23 551), bei dem ein Schalter zur Leistungsregelung in Abhängigkeit von der Phase der Primärspannung gesteuert ist, so daß ein Schaltvorgang nur bei einem Nulldurchgang der Primärspannung stattfinden kann. Jedoch ist dieser Schalter, der ein durch Thyristoren aufgebauter Schalter ist, im Gegensatz zur sekundärseitigen Anordnung des Hochspannungsschalters bei einem erfindungsgemäßen Ausgangsregler, im Primärkreis des Transformators angeordnet. Primärseitig ist jedoch das Stoßproblem viel größer als auf der Sekundärseite des Transformators. Die beim Schalten auftretenden Stromstöße, die es zu vermeiden gilt, sind primärseitig um ein Mehrfaches größer als auf der Sekundärseite. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Anordnung des Schalters auf der Primärseite nachteilig.

Außerdem ist es bei einer primärseitigen Anordnung des Schalters nachteilig, daß gleichzeitig nicht nur die sekundärseitige Hochspannung sondern auch die sekundärseitige Heizwicklung für das Magnetron ein- und ausgeschaltet wird. Für eine kontinuierliche Heizung des Magnetrons wäre somit ein getrennter Heiztransformator erforderlich.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß Nullspannungsschalter beim Stand der Technik wohlbekannt sind (siehe beispielsweise US-PS 33 90 275 oder DE-OS 24 20 418). Derartige bekannte Nullspannungsschalter könnten jedoch beim erfindungsgemäßen Ausgangsregler keine Anwendung finden, da sie einerseits als Thyristorschalter ausgebildet sind und daher im Hochspannungskreis des Magnetrons Spannungsprobleme auftreten würden und da andererseits beim erfindungsgemäßen Ausgangsregler auch zu Zeitpunkten geschaltet werden muß, die nicht durch einen Spannungsnulldurchgang gegeben sind, sondern durch unterschiedliche Betriebszustände des Magnetrons.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen der

eingangs genannten Art derart auszubilden, daß der Hochspannungsschalter zur Leistungsregelung unter Vermeidung von Spitzenspannungen, Stromstößen und Störrauschen betätigbar ist

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung einen Phasendemodulationsimpulsgenerator zur Erfassung der Phase der Primärspannung des Transformators und zur Abgabe eines Impulssignals mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zu der Primärspannungsphase an die Zeitgeberschaltung aufweist, die in Abhängigkeit von dem Impulssignal das Ein-Aus-Schaltsignal zeitlich in einer Weise erzeugt, daß in der ersten Ausführungsform der Hochspannungsschalter innerhalb einer Zeitspanne geschlossen wird, in der die Spannung über dem Gleichrichter kleiner als die Schwingstartspannung des Magnetrons ist, und innerhalb einer Halbwellenperiode geöffnet wird, in der die Polarität einen Stromfluß durch das Magnetron nicht zuläßt, bzw. in der zweiten Ausführungsform der Hochspannungsscha'ter innerhalb einer Zeitspanne geschlossen wird, in der die an dem Hochspannungsschalter anliegende Spannung im wesentlichen Null ist, und innerhalb einer Zeitspanne geöffnet wird, in der durch den Hochspannungsschalter kein Strom fließt.

Da durch die Erfindung ein Ausgangsregler geschaffen ist, bei dem der Schalter zur Regelung der Ausgangsleistung ein im Hochspannungskreis des Magnetrons angebrachter Hochspannungsschalter ist, tritt im Gegensatz zur bekannten primärseitigen Regelung kein durch das Erregen des Transformators bedingter Stromstoß auf. Auch ist kein getrennter Heiztransformator für den Magnetronheizer erforderlich. Außerdem hat der erfindungsgemäße Ausgangsregler den zusätzlichen Vorteil, daß infolge der sekundärseitigen Regelung die Einschwingzeit erheblich kurzer ist als beim Stand der Technik. Da erfindungsgemäß nur in solchen Betriebszuständen des Magnetrons geschaltet wird, in denen eine Bogenbildung zwischen den Schalterkontakten unterbleibt, ist ferner eine lange Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit erreicht.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen und anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Grundschema einer Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten in dem Schaltschema der F i g. 1 bei der Srhließbetätigung eines Hochspannungsschalter;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Ein-Ausschaltbetriebs eines im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Hochspannungsschalters;

F i g. 4 ein Detailschaubild einer im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Phasenregelschaltung;

Fig. 5 Spannungsverläufe ähnlich denen der F i g. 2, jedoch bei der Öffnungsbetätigung des Hochspannungsschalters;

F i g. 6 ein Grundschema einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 die Wellenformen eines das Magnetron durchfließenden Stroms; und

F i g. 8 den Spannungsverlauf über einem Gleichrichter beim öffnen des Hochspannungsschalters.

Im folgenden seien die Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein das Magnetron durchfließender Halbwellenstrom an- und abgeschaltet wird. In Fig. 1 umfaßt ein Block 100 eiiie Ausgangsregelschaltung eines Mikrowellenofens und ein Block 101 stellt eine Phasenregelschaltung dar, die zum Ein- und Ausschalten eines in dem Block 100 enthaltenen Hochspannungsschalters 6 dient. Im einzelnen sind bei der Anordnung der Fig. 1 zwei Anschlüsse a und a' an eine Wechselstromquelle gelegt und beim Schließen eines Hauptschalters 1 wird über die Primärwicklung (b-b') eines Transformators 2 in dem Block 100 eine

ίο Nennspannung angelegt. Auf der Sekundärseite des Transformators 2 sind Anschlüsse c und c' vorgesehen, über denen eine zum Aufheizen eines Magnetronheizers erforderliche Nennspannung erscheint (die Anschlüsse c und c' sind mit dem Kathodenheizerkreis eines Magnetrons 3 verbunden), sowie Anschlüsse d und d' zur Zuführung einer für den Schwingungsbetrieb des Magnetrons 3 erforderlichen Nennspannung zu einer Hochspannungs-Einweggleichrichter-Spannungsdopplerschaltung. Der eine der Hochspannungsanschlüsse, nämlich der Anschluß d', ist mit der Anode des Magnetrons verbunden, die auf Erdpotential gehalten ist. Der andere Anschluß c/ist an den einen Anschluß e' eines Kondensators 4 gelegt, dessen anderer Anschluß e wiederum mit dem einen Anschluß g' eines Hochspannungsschalters 6 und außerdem mit dem einen Anschluß /■'eines Gleichrichters 5 verbunden ist. Mit dem anderen Ende g ist der Hochspannungsschalter 6 an den Kathodenheizerkreis des Magnetrons 3 gelegt, während das andere Ende /des Gleichrichters 5 mit der Anode des Magnetrons 3 verbunden ist. Der Block 101 in F i g. 1 umfaßt einen steuernden Leistungstransformator 7 für den Schaltsteuerkreis, eine Gleichrichterschaltung 8, einen Zeitgeber 9 zur Erzeugung von Ein-Aus-Signalen, eine Phasendemodulations-Impulsgeneratorschaltung 10 und eine Erregerspule 11 für den Hochspannungsschalter 6.

Es soll nun die Betriebsweise des so aufgebauten Mikrowellenofens erläutert werden. Geht man zunächst davon aus, daß sich der Hochspannungsschalter 6 im Schließzustand befindet, so wird die Speisespannung (Wechselspannung) über den Anschlüssen a und a'beim Schließen des Hauptschalters 1 an die Anschlüsse b und b' des Transformators 2 angelegt, wie dies in Fig. 2a gezeigt ist. In diesem Betriebszustand geht dem

4"> Magnetron 3 auf dem Weg Λ-3-6-Λ' ein Halbwellenstrom wie der in Fig.2b wiedergegebene zu und dem Gleichrichter 5 fließt ein Halbwellenstrom wie jener der F i g. 2b' zu, so daß über den Verzweigungspunkten Λ und /»'die in Fig.2c dargestellte Spannung 1 erscheint.

in Wenn der Strom der Fig.2b fließt, oszilliert das Magnetron 3 unter Erzeugung elektromagnetischer Wellen im Sinne der Funktionsweise eines Mikrowellenofens. Wird hierauf der Hochspannungsschalter 6 geöffnet, so wird die Stromzuführung zu dem Magnetron 3 unterbrochen und die Schwingungserzeugung des Magnetrons 3 hört auf. In diesem Betriebszustand wird über die Verzweigungspunkte h und /?'die in Fig.2c dargestellte Spannung II angelegt und dem Gleichrichter 5 fließt kein wesentlicher Strom zu. Es sei nun die

'" Aussetzregelung des Ausgangs des Mikrowellenofens durch das Schalten des Hochspannungsschalters 6 erläutert. Zum öffnen und Schließen des Hochspannungsschalters 6 wird ein Erregerstrom durch die Enegerspule 11 indem Block 101 hindurchgeleitet oder

■ ' blockiert. Die Steuervorgänge der Phasendemodulations-Impulsgeneratorschaltung 10 laufen so ab, daß die Öffnungszeit beim öffnen des Hochspannungsschalters 6 in eine Zeitspanne T₂ fällt, in

welcher der das Magnetron 3 durchfließende Strom praktisch Null ist, also in eine Zeitspanne, in der der Strom den Gleichrichter 5 in der in Fig. 2b' gezeigten Weise durchfließt, während das Schließen des Hochspannungsschalters 6 innerhalb einer Zeitspanne T₃ vorgenommen wird, in der die in Fig.2c mit Il bezeichnete Spannung über den Verzweigungspunkten h und A'kleiner ist als die Schwingstartspannung Vo des Magnetrons 3. In den F i g. 2b, 2b' und 2c ist T₀ gleich '//■ Sekunden, wobei f (Hz) die Netzfrequenz ist, 71 bezeichnet eine Zeitspanne, in der der Strom in das Magnetron 3 fließt, Ti bezeichnet eine Zeitspanne, in der der Strom in den Gleichrichter 5 fließt, Ti bezeichnet eine Zeitspanne, in der eine Spannung erscheint, die höher ist als die Schwingstartspannung Vo des Magnetrons 3, und T₃ bezeichnet eine Zeitspanne, in der eine Spannung erscheint, die niedriger ist als V₀, wobei weiterhin T₀ = Ti + T₂ = T₃ + Ti. Wird die Phase des öffnens und Schließens des Hochspannungsschalters 6 im obigen Sinne geregelt, wobei der Hochspannungsschalter 6 während einer Zubereitungsperiode U> für die Dauer der Zeitintervalle /1 immer wieder geschlossen und für die Dauer der Zeitintervalle η geöffnet wird, bedingt durch die Wirkweise des Zeitgebers 9 zur Erzeugung von Zweipunktsignalen und wie in Fig.3 veranschaulicht, so kommt es über den Kontakten des Hochspannungsschalters 6 zu keiner nennenswerten Bogenbildung, da das Offnen des Hochspannungsschalters 6 stets in die Zeitspanne Ti in F i g. 2b fällt, während die Schließvorgänge stets in die Zeitspanne T₃ in F i g. 2c fallen. Ein elektromagnetisches Rauschen oder durch Bogenbildung hervorgerufene Stromschaltstöße können demzufolge nicht auftreten. Da eine Bogenbildung unterbleibt, tritt auch kein nennnenswerter Kontaktverschleiß infolge Bogenhitze ein, was eine lange Haltbarkeit und hohe Zuverlässigkeit sicherstellt. Die Zeitintervalle t\ in F i g. 3 sind dort als Einschaltphasen bezeichnet, doch ist zu beachten, daß das Magnetron 3 tatsächlich den Ein-Aus-Schaltbetrieb entsprechend der Netzfrequenz durchspielt. ■>"

im folgenden soll auf eine detaillierte Schaltungsanordnung für den Block 101 und auf deren Betriebsabläufe näher eingegangen werden.

In F i g. 4 ist eir. Detailschaltbild für den Block 101 der F i g. 1 gezeigt, wobei der Schaltblock 7 einen "5 steuernden Leistungstransformator darstellt, der Schaltblock 8 eine Gleichrichterschaltung, der Schaltblock 9 einen Zeitgeber zur Erzeugung von Ein-Aus-Signalen oder einen astabilen Multivibrator mit veränderlicher Schwingfrequenz und der Schaltblock 10 eine Phasen- > <> demodulations-Impulsgeneratorschaltung. Die Anschlüsse ;' und /' der Primärwicklung des steuernden Leistungstransformators 7 sind an die Anschlüsse b bzw. £>' in Fig. 1 gelegt und ein Mittelabgriff k der Sekundärwicklung ist geerdet Die Anschlüsse j und j' der Sekundärwicklung sind mit Dioden 12 und 13 in dem Gleichrichterblock 8 verbunden, wodurch die Sekundär- spannung einer Vollweggleichrichtung unterzogen wird, gefolgt von der Filterung durch einen Kondensator 15. Der Anschluß/der Sekundärwicklung des Transforma- ^h0 tors 7 ist außerdem mit einer Diode 14 in dem Phasendemodulations-Impulsgeneratorblock 10 verbunden, wodurch die Sekundärspannung in einer Halbwelle gleichgerichtet wird. Zu der Phasendemodulations-lmpulsgeneratorschaltung gehören Widerstän- ··'· de 16, 17, 20 und 21, ein Kondensator 18 und ein programmierbarer Doppelbasistransistor 19 (für Transistoren dieser Art sei im folgenden die Kurzbezeichnung PUT verwendet). Es sollen nun deren Betriebsvorgänge erläutert werden. Wenn die Stromquelle angeschaltet wird und der Strom die Diode 14 durchfließt, wird der Kondensator 18 über den Widerstand 16 aufgeladen. Der ToranschluD des PUT 19 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 21 gelegt und der Transistor leitet, wenn die Spannung an seinem Anodenanschluß, der an den Verbindungspunkt des Kondensators 18 und des Widerstands 16 gelegt ist, die Spannung an dem mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 21 verbundenen Toranschluß überschreitet. Wenn der PUT 19 leitet, fließt die zuvor in dem Kondensator 18 gespeicherte Ladung abrupt ab. In diesem Augenblick wird über dem Widerstand 20 ein schmaler Impuls erzeugt. Die Phase, in der der schmale Impuls erscheint, kann auf eine beliebige Lage in der Halbwelle eingestellt werden, indem man die Größe des Widerstandes 16 verändert. Sobald der PUT 19 erst einmal leitet, verbleibt er während der Halbwellenperiode im Durchlaßzustand, um nach Abschluß der Halbwellenperiode in den nichtleitenden Zustand überzugehen. Ein Transistor 22 leitet, wenn über dem Widerstand 20 der Impuls erscheint. Der Kollektor des Transistors 22 ist über Widerstände 23 bzw. 34 mit den Toranschlüssen weiterer PUT 27 und 31 des astabilen Multivibratorblocks 9 mit veränderlicher Schwingfrequenz verbunden. Der astabile Multivibrator umfaßt Widerstände 24, 25, 26, 29, 32 und 33, einen Regelwiderstand 30, einen Kondensator 28 und die PUT 27 und 31. Es sei nun auf die Betriebsvorgänge in dem astabilen Multivibrator näher eingegangen.

Es sei angenommen, daß sich der PUT 27 anfänglich im leitenden Zustand befindet. Der Kondensator 28 wird über den Widerstand 29 und den Regelwiderstand

30 aufgeladen. Das Potential an einem Punkt D (Anodenanschluß des PUT 31) steigt daher nach und nach an. Wenn es die durch die Widerstände 32 und 33 geteilte Spannung (Toranschlußspannung) überschreitet, geht der PUT 31 in den leitenden Zustand über und ein Transistor 35 wird angeschaltet. Wenn der PUT 31 leitet, nimmt der positive Anschluß des Kondensators 28 (Punkt D) Erdpotentia! an, so daß der Anodenanschluß des Put 27 auf einen negativen Wert gebracht und der PUT 27 in Sperrichtung vorgespannt wird, der hierauf wieder in den nichtleitenden Zustand übergeht. Wenn der PUT 31 leitet, beginnt die Aufladung des Kondensators 28 über den Widerstand 26, so daß die Anodenspannung des PUT 27 steigt Überschreitet sie die durch die Widerstände 24 und 25 geteilte Spannung (Torspannung), so wird der PUT 27 leitend und der PUT

31 wird in Sperrichtung vorgespannt, so daß er wieder in den nichtleitenden Zustand übergeht. Der obige Ablauf wiederholt sich dann. Wenn der PUT 31 leitet leitet auch der Transistor 35 und die Spule 11 wird zur Betätigung des Hochspannungsschalters 6 erregt der sich dann schließt Wenn demgegenüber der PUT 27 leitet geht der PUT 31 in den nichtleitenden Zustand über und auch der Transistor 35 wird in der nichtleitenden Zustand gesteuert, so daß die Erregerspule 11 für den Hochspannungsschalter 6 aberregt und der Hochspannungsschalter 6 geöffnet wird. Die Diode 36 dient dazu, dem Auftreten einer Gegenspannung der Erregerspule 11 vorzubeugen. Das Zeitintervall des wiederholten Ablaufs ist durch die Durchlaßperiode des PUT 27 bestimmt Mit anderen Worten, für die Öffnungsdauer des Hochspannungsschalters 6 sind dei Widerstand 29, der Regelwiderstand 30 und dei Kondensator 28 sowie die durch die Widerstände 32 unc

33 geteilte Spannung bestimmend und für die Durchlaßperiode des PUT 31 oder die Schließdauer des Hochspannungsschalters 6 sind der Widerstand 26 und der Kondensator 28 sowie die durch die Widerstände 24 und 25 geteilte Spannung bestimmend. Der Ein-Ausschaltzyklus des Hochspannungsschalters 6 kann verändert werden, indem man den Regelwiderstand 30 verstellt, und auch der Widerstand 26 kann ein Regelwiderstand sein.

Unter Bezugnahme auf Fig.2 bis 5 seien die zwischen den Spannungsverläufen in dem Mikrowellenofen und der Phasendemodulations-Impulsgeneratorschaltung sowie der astabilen Multivibratorschaltung bestehenden Zusammenhänge erläutert. In Fig.2 ist der Betriebsvorgang der Umschaltung des Hochspannungsschakers 6 aus dem Öffnungszustand, also dem nichtleitenden Zustand des PUT 31, in den Schließzustand veranschaulicht. In Fig.2 ist bei a der über den Primärwicklungsanschlüssen b und b' des Transformators 2 erscheinende Spannungsverlauf dargestellt, bei b der Stromverlauf des dem Magnetron 3 über den Hochspannungsschalter 6 zugehenden Stroms, bei cder zwischen den Anschlüssen /'und /(oder Λ'und ty des Gleichrichters 5 erscheinende Spannungsverlauf, bei A der in Fig.5 bei H erscheinende, in der Halbwelle gleichgerichtete Spannungsverlauf, bei ßder Impulsverlauf des PUT 19, bei C der Torspannungsverlauf des PUT 31, bei D der Anodenspannungsverlauf des PUT 31, bei E der Anodenspannungsverlauf des PUT 27 und bei Fder Kollektorspannungsverlauf des Transistors 35. Bei G ist ein den Öffnungs- und Schließzustand des Hochspannungsschalters 6 veranschaulichender Spannungsverlauf gezeigt Wie bereits erwähnt wurde, kann der Ausgangsimpuls B auf eine beliebige Lage in der Halbwelle des Spannungsverlaufs A eingestellt werden. Da der Impulsverlauf B der Basis des Transistors 22 zugeht, erscheint an dessen Kollektor ein negativer Impuls. Dieser negative Impuls wird über die Widerstände 23 bzw. 34 den Torelektroden der PUT 27 und 31 zugeleitet Es sei nun davon ausgegangen, daß sich der Hochspannungsschalter 6 im Öffnungszustand befindet und der PUT 31 also in den nichtleitenden Zustand gebracht ist Das Torpotential des PUT 31 ist gleich dem durch die Widerstände 32 und 33 geteilten Potential. Wenn der Transistor 22 leitet ist der Widerstand 34 dem Widerstand 33 parallelgeschaltet, so daß das Potential an dem Tor leicht abfällt Der Spannungsverlauf ist der bei C gezeigte. Im Spannungsverlauf D ist hingegen infolge der Wirkweise des Widerstandes 29, des Regelwiderstandes 30 und des Kondensators 28 ein allmählicher Anstieg zu verzeichnen. Falls ein zum Zeitpunkt h von außen zugeführter negativer Impuls geringer ist als die Spannung des Spannungsverlaufs D, wird der PUT 31 in den leitenden Zustand gesteuert Befindet sich der PUT 31 im leitenden Zustand, so vollzieht der PUT 27 seinerseits genau den gleichen Vorgang nach.

Wie bei E gezeigt ist, wird von dem Kondensator 28 eine Rückwärtsvorspannung angelegt, wenn der PUT 31 zum Zeitpunkt Γ₃ in den leitenden Zustand übergeht eo Die Rückwärtsvorspannung beläuft sich auf einen Betrag, der im wesentlichen gleich der durch die Widerstände 32 und 33 geteilten Spannung ist, und der Kondensator 28 wird hierdurch über den Widerstand 26 aufgeladen. Wenn der PUT 31 leitet, so leitet auch der Transistor 35, und der Erregerspule 11 für den Hochspannungsschalter β geht ein Strom zu, durch den sie erregt wird. Wie aus der Darstellung bei G zu entnehmen ist, beginnt sich der Hochspannungsschalter 6 mit einer Verzugszeit ίο gegenüber dem Zeitpunkt der Stromzuführung zu der Erregerspule 11 zu schließen und der Schließzustand wird endgültig erreicht, nachdem bei diesem Vorgang eine Prellzeit f'o verstrichen ist Wird der nach Feststellung der Phase des Halbwellen-Spannungsverlaufs A auftretende Impulsverlauf Sso eingestellt, daß die Zeit IΌ in die Zeitspanne Ti fällt, in der eine Spannung unterhalb der Schwingstartspannung des Magnetrons 3 erzeugt wird, so fließt während des Schließvorgangs des Hochspannungsschalters 6 kein wesentlicher Strom, so daß Bogenbildung und Rauschen vermieden werden und auch der Kontaktverschleiß des Hochspannungsschalters 6 geringbleibt. Demgegenüber zeigt F i g. 5 das Umschalten des Hochspannungsschalters 6 aus dem Schließzustand in den Öffnungszustand. Bei /'ist der Spannungsverlauf an dem Punkt /'in Fig.4 dargestellt. Der Spannungsverlauf N veranschaulicht das Umschalten des Hochspannungsschalters vom Schließzustand in den Öffnungszustand. In dem Augenblick, da der PUT 27 in den leitenden Zustand übergeht, wird der PUT 31 nichtleitend und auch der Transistor 35 wird nichtleitend. Infolgedessen wird die Stromzuführung zu der Erregerspule 11 für den Hochspannungsschalter 6 blockiert und der Hochspannungsschalter 6 schaltet mit einer Verzugszeit ί'Ό gegenüber dem Zeitpunkt der Umsteuerung des Transistors 35 in den nichtleitenden Zustand vom Schließzustand in den Öffnungszustand um. Wird der nach Demodulation des Halbwellenspannungsverlaufs H erscheinende Impulsverlauf I so eingestellt, daß der Hochspannungsschalter 6 innerhalb der Zeitspanne 7} der F i g. 5j geöffnet wird, in der der Strom Null ist, so bildet sich zwischen den Kontakten des Hochspannungsschalters 6 praktisch kein Bogen während des Öffnungsvorgangs, es tritt auch wie beim Schließvorgang kein Rauschen auf und der Verschleiß der Kontakte des Hochspannungsschalters 6 bleibt gering, so daß eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist Es seien in diesem Zusammenhang die Phasenbeziehungen zwischen den Spannungsverläufen a, b, A in F i g. 2 und den Spannungsverläufen h, i, H in F i g. 5 erörtert. Die Phasenverschiebungen der Stromkurven 6 und /des Magnetrons 3 sind gegen die Netzspannungsverläufe a und h sehr gering und die Phasenverschiebungen der Halbwellenspannungsverläufe A und H gegen die Netzspannungsverläufe a und h sind praktisch Null. Durch Demodulation des Netzspannungsverlaufs können daher leicht Phasenregelimpulse erzeugt werden. Sollte der Spannungsverlauf in einer Hochspannungsschaltung wie etwa die Spannungsverläufe c und j in Fig.2 und 5 demoduliert werden, so würde ein Sicherheitsproblem auftreten, da die Phasendetektorschaltung eine Niederspannungsschaltung ist und von dem Hochspannungskreis getrennt werden muß.

Bei dem Schalter mit dem obigen Aufbau kann die Phasendemodulation mühelos vorgenommen werden und durch entsprechende Phasendemodulation läßt sich erreichen, daß zwischen den Kontakten des Hochspannungsschalters beim Schaltvorgang praktisch keine Bogenbildung auftritt und das elektromagnetische Rauschen wie auch das Auftreten eines Stromstoßes beim Schaltvorgang vermieden wird, was eine hohe Lebensdauer sicherstellt Da der Transformator während der Anschaltdauer des Mikrowellenofens ständig gespeist wird, ist für den Transformator auch die Erregungshäufigkeit herabgesetzt Der Transformator für die Aufheizung des Magnetronheizers kann überdies

mit dem Netztransformator integriert werden, so daß der bauliche Aufwand verringert wird. Durch die Verwendung des Regelwiderstandes in der astabilen Multivibratorschaltung, in Fig.4 gezeigt, wird eine kontinuierliche Einstellung der Öffnungszeitdauer des Hochspannungsschalters 6 zwischen der durch den Maximalwiderstand des Regelwiderstandes 30, den Widerstand 29 und den Kondensator 28 sowie durch die von den Widerständen 32 und 33 geteilte Spannung bestimmten maximalen Öffnungsperiode und der durch den Minimalwiderstand des Regelwiderstandes 30, den Widerstand 29 und den Kondensator 28 sowie durch die von den Widerständen 32 und 33 geteilte Spannung bestimmten minimalen Öffnungsperiode ermöglicht, während die Schließzeitdauer des Hochspannungsschalters 6 auf eine feste Zeitspanne festgelegt bleibt. Geht man beispielsweise davon aus, daß bei ständiger Speisung des Magnetrons 3 ein lOOprozentiger Ausgang erzeugt wird, so wird bei einer Schließdauer von 4 Sekunden und einer Öffnungsdauer von 1 Sekunde als Durchschnittsausgang ein 80prozentiger Ausgang erhalten, bei einer Öffnungsdauer von 4 Sekunden ein 50prozentiger Ausgang und bei einer Öffnungsdauer von 16 Sekunden ein 20prozentiger Ausgang. In dieser Weise kann die Durchschnittsleistung auf einen beliebigen Sollwert festgelegt werden. Eine ähnliche Wirkung läßt sich auch hervorbringen, wenn der in F i g. 1 dargestellte Hochspannungsschalter 6 zwischen hund /oder zwischen fund A'gelegt wird.

In Fig.6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche die Aussetzregelung des den Gleichrichter durchfließenden Halbwellenstroms veranschaulicht Der Hochspannungsschalter kann in Serie unmittelbar an den Gleichrichter auf der Seite der positiven Polarität oder auf der Seite der negativen Polarität gelegt werden. In Fig.6 ist der Hochspannungsschalter an den negativ gepolten Anschluß des Gleichrichters gelegt und zur Bezeichnung ähnlicher Bauteile sind jeweils die gleichen Bezugszahlen verwendet wie in Fig. 1. Der Unterschied gegenüber F i g. 1 besteht lediglich in der Anordnung des Hochspannungsschalters 6. Genauer, bei der Schaltung der Fig.6 ist die den Gleichrichter 5 umfassende Gleichrichterschaltung über den Hochspannungsschalter 6 und den Kondensator 4 geschaltet und das Magnetron 3 ist der aus dem Hochspannungsschalter 6 und dem Gleichrichter 5 bestehenden Reihenschaltung parallelgeschaltet.

Es sollen nun die Betriebsvorgänge bei der Schaltung der Fig.6 erläutert werden. Befindet sich der Hochspannungsschalter 6 im Schließzustand, so wird durch Schließen des Hauptschalters 1 unter Weiterleitung der an dei Anschlüssen a und a' anliegenden Netzspannung (Wechselspannung) über die Anschlüsse b und b' des Transformators 2 eine Nennspannung angelegt In diesem Betriebszustand wird das Magnetron 3 auf dem Weg h-3-h' von einem Halbwellenstrom wie dem in Fig.7a dargestellten durchflossen und ein Halbwellenstrom wie der in Fig.7b gezeigte durchfließt den Weg Λ-6-5-Α'. Hierbei erscheint an den Verzweigungspunkten h und A'die in F i g. 7c wiedergegebene Spannung und das Magnetron 3 oszilliert beim Fließen des in Fig.7a dargestellten Stroms unter Erzeugung elektromagnetischer Wellen, worauf die Wirkweise des Mikrowellenofens beruht Wenn der Hochspannungsschalter 6 geöffnet wird, fließt kein Strom durch den Gleichrichter 5. In diesem Fall erscheint an den Verzweigungspunkten h und h' eine Spannung wie die in F i g. 8 gezeigte. Da diese Spannung geringer ist als die Schwingstartspannung V₀ des Magnetrons 3, fließt praktisch kein Strom durch das Magnetron 3 und die Oszillation wird unterbrochen. Es soll nun auf die Ausgangsnetzregelung des Mikrowellenofens durch Umschalten des Hochspannungsschalters 6 näher eingegangen werden. Zum Schließen oder öffnen des Hochspannungsschalters 6 wird ein Erregungsstrom durch die Erregerspule 11 in dem Block 101

ίο hindurchgeleitet oder blockiert. Die Steuervorgänge der Phasenregelschaltung 10 laufen so ab, daß die Zeitgabe des Schließens und öffnens des Hochspannungsschalters 6 in die Zeitspanne Ti fällt, in welcher der den Gleichrichter 5 durchfließende Strom praktisch

• 5 Null ist, wie in F i g. 7b gezeigt, oder in jene Zeitspanne, in der der Strom durch das Magnetron 3 fließt. In F i g. 7a—c und F i g. 8 ist 7o gleich '//■ Sekunden, wobei / (Hz) die Netzfrequenz ist, während mit 7Ί die Zeitspanne bezeichnet ist, in der der Strom durch das Magnetron 3 fließt, und mit Ti die Zeitspanne, in der der Strom durch den Hochspannungsschalter 6 zu dem Gleichrichter 5 fließt, wobei T₀ = Ti + T₁. Durch Regelung der Phase des Schließens und öffnens des Hochspannungsschalters 6, wobei durch den in dem Block 101 vorgesehenen Zeitgeber 9 zur Erzeugung von Ein-Aus-Signalen die wiederholte Ein-Aus-Schaltung vorgenommen wird, bei der der Hochspannungsschalter 6 jeweils für das Zeitintervall t\ innerhalb der Zubereitungsdauer geschlossen und für das Zeitintervall h geöffnet wird, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, läßt sich erreichen, daß die Ein- und Ausschaltung des Hochspannungsschalters 6 stets innerhalb der Zeitspanne Ti erfolgt, in der der Strom das Magnetron 3 durchfließt also innerhalb jener Zeitspanne, in der kein Strom durch den Hochspannungsschalter 6 fließt Demzufolge kommt es praktisch nicht zu einer Bogenbildung zwischen den Kontakten des Hochspannungsschalters 6, das elektromagnetische Rauschen unterbleibt und während des Schaltens tritt kein Stromstoß auf. Wegen des Unterbleibens der Bogenbildung kann ferner kein nennenswerter bogenbedingter Kontaktverschleiß eintreten, was eine hohe Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit verbürgt. Die gleichen Wirkungen werden auch erzielt, wenn der Hochspannungsschalter 6 direkt an den positiv gepolten Anschluß des Gleichrichters 5 gelegt wird, also zwischen die Kontakte h'und F in Fig.6. Für diese Ausführungsform der Fig.6 sollen die Betriebsabläufe in der Phasenregelschaltung 101 im einzelnen nicht erörtert werden, doch da die Phasenbe- Ziehungen des Magnetronstromverlaufs und des Gleich- richter-Halbwellenstromverlaufs (in Fig.7a bzw. 7b gezeigt) sowie weiterhin des Spannungsverlaufs über dem Gleichrichter, der in F i g. 8 dargestellt ist, in bezug auf den Netzspannungsverlauf auf der Primärseite des Netztransformators (zwischen den Anschlüssen b und b' in Fig. 1) keine wesentlich anderen sind, kann eine Phasenregelung der Ein-Ausschaltphase des Hochspannungsschalters durch Demodulation des Spannungsverlaufs der Netzspannung und durch Erzeugung eines Phasendemodulationsimpulses wie bei der Ausführungsform der F i g. 1 vorgenommen werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, tritt bei dem erfindungsgemäßen Ausgangsregler für Mikrowellenöfen kein nennenswerter Stoßstrom auf, der durch das Erregen des Transformators bedingt ist, und die Auswirkungen auf die übrigen Einrichtungen werden daher vermindert Auch entfällt die Notwendigkeit, für den Magnetstromheizer eigens einen Heizertransfor-

mator vorzusehen, da der Heizertransformator mit dem Netztransformator integriert werden kann, was die Aufwendigkeit verringert. Falls die Ein-Aus-Regelung durch den Hauptschalter 1 gemäß der Darstellung der F i g. 4 vorgenommen werden soll, so war bei dem nach dem Stand der Technik bekannten System vom Augenblick des Schließens des Hauptschalters 1 bis zum Erreichen des eingeschwungenen Zustandes in der Energieabgabe durch das Magnetron 3 eine Zeitdauer von etwa 2 Sekunden erforderlich, wogegen im Rahmen der Erfindung nach dem Schließen des Hochspannungs-

schalters 6 nur etwa '// Sekunden erforderlich sind (wobei /"(Hz) die Netzfrequenz ist). Die im Rahmen der Erfindung zum Erreichen des eingeschwungenen Zustandes erforderliche Zeitspanne ist also kurz. Da zudem eine Bogenbiidung zwischen den Schalterkontakten beim An- und Abschalten unterbleibt und da kein elektromagnetisches Rauschen und kein Stoßstrom auftritt, ist ferner auch die Gewähr für eine lange Lebensdauer und eine hohe betriebliche Zuverlässigkeit

ίο gegeben.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprache:

1. Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen zur intermittierenden Steuerung eines Magnetrons, mit einem Transformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Magnetron verbunden ist, einer Gleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter und einem Kondensator, die parallel zur Sekundärwicklung geschaltet sind, einem Hochspannungsschalter, der zwischen der Kathode des Magnetrons und einem Verbindungspunkt von Kondensator und Gleichrichter liegt, und einer Steuerschaltung mit einer Zeitgeberschaltung zur Abgabe eines Ein-Aus-Schaltsignals an den Hochspannungsschalter, da- >⁵ durch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (101) einen Phasendemodulationsimpulsgenerator (10) zur Erfassung der Phase der Priirärspannung des Transformators (2) und zur Abgabe eines Impulssignals mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung· zu der Primärspannungsphase an die Zeitgeberschaltung (9) aufweist, die in Abhängigkeit von dem Impulssignal das Ein-Aus-Schaltsignal zeitlich in einer Weise erzeugt, daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Zeitspanne (T^) geschlossen wird, in der die Spannung über dem Gleichrichter (5) kleiner als die Schwingstartspannung des Magnetrons (3) ist, und daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Halbwellenperiode (T₂) geöffnet wird, in der die Polarität einen Stromfluß durch das Magnetron nicht zuläßt.

2. Ausgangsregler für einen Mikrowellenofen zur intermittierenden Steuerung eines Magnetrons, mit einem Transformator, dessen Primärwicklung mit einer Wechselstromquelle und dessen Sekundärwicklung mit dem Magnetron verbunden ist, einer Gleichrichterschaltung mit einem Gleichrichter und einem Kondensator, die parallel zur Sekundärwicklung geschaltet sind, einem Hochspannungsschalter, der zwischen dem Gleichrichter und der Anode des ■*" Magnetrons liegt, und einer Steuerschaltung mit einer Zeitgeberschaltung zur Abgabe eines Ein-Aus-Schaltsignals an den Hochspannungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (101) einen Phasendemodulationsimpulsgenerator(10)zur Erfassung der Phase der Primärspannung des Transformators (2) und zur Abgabe eines Impulssignals mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zu der Primärspannungsphase an die Zeitgeberschaltung (9) aufweist, die in Abhängigkeit von dem Impulssignal das Ein-Aus-Schaltsignal zeitlich in einer Weise erzeugt, daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Zeitspanne geschlossen wird, in der die an dem Hochspannungsschalter (6) anliegende Spannung im wesentlichen Null ist, und daß der Hochspannungsschalter (6) innerhalb einer Zeitspanne (Ti) geöffnet wird, in der durch den Hochspannungsschalter kein Strom fließt.