DE3741381C2 - - Google Patents
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/66—Circuits
- H05B6/666—Safety circuits
-
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/66—Circuits
- H05B6/68—Circuits for monitoring or control
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- Electromagnetism (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungs
steuerung bei Magnetrons nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-AS 20 62 646).
Es sind Leistungssteuerungen für Magnetrons bekannt, die eine Reduzierung der ma
ximal zur Verfügung stehenden Mikrowellenenergie zum Ziele haben. Es wird aus
energetischen und kochspezifischen Gründen auf Leistungsabstufungen orientiert, die
bis zu 1/10 der Maximallast betragen können. Die DE-AS 20 62 646 behandelt diese
Problematik. Dabei wird durch Verkleinerung der Kapazität des Ladekondensators ei
ne Leistungsminderung des Magnetrons bezüglich seiner Mikrowellenleistung erreicht.
Ein für Mikrowellengeräte typisches Magnetron wird bei 2455 MHz betrieben, arbei
tet mit einem Anodenstrom von 300 mA, was bei Leistungsanpassung einer maxima
len Mikrowellenleistung von 900 W entspricht. Bedingt durch Fehlanpassung im Gar
gut sowie durch Garraumeinbauten, Hohlleiterverluste und hauptsächlich durch Gar
raumgrundverluste, sinkt die im Gargut verbleibende Mikrowellenleistung auf ca. 600 W
ab.
Diese effektive Mikrowellenleistung von 600 W ist für verschiedene Koch-, Gar- und
Auftauvorgänge offenbar nicht optimal und es wäre wünschenswert, daß im Garraum
ca. 700 W effektive Mikrowellenleistung im Maximalfall vorhanden sind.
Da diese maximale Mikrowellenleistung eine Kurzzeiteinwirkungsdauer haben soll, ist
die Verwendung eines Magnetrons mit höherer Grundleistung zu aufwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Möglichkeit zur Leistungerhöhung aufzuzeigen.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser
Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnu
ngen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1a eine prinzipielle Schaltungsanordnung für Magnetron-Versorgungskreise
mit einer sekundärseitigen Hochspannungstransformator-Anzapfung
Fig. 1b eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a mit einem sekundärseitigen Se
rienwiderstand,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a mit primärseitiger Hochspan
nungstransformator-Anzapfung,
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a mit gesteuertem Diodenserien
widerstand,
Fig. 4 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a mit gesteuerter Kapazität,
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a mit steuerbarem Zusatzmagnet
feld,
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a mit Temperatur-Überwachungs
einrichtung,
Fig. 7 eine Schaltungsanordnung nach Fig. 1a, mikroprocessorgesteuert,
Fig. 8 und
Fig. 9 Kennlinienschar und Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.
Gemäß der Schaltungsanordnung nach Fig. 1a ist ein Hochspannungstransformator 1
mit seiner Primärwicklung 2, einer Heizwicklung 3 und einer Sekundärwicklung 4 zur
Erzeugung der Heizspannung für eine Magnetronkatode 5 eines Magnetrons 6 und zur
Erzeugung der Betriebspannung des Magnetrons 6 zwischen Magnetronkatode 5 und
Magnetronanode 7, wobei die erzeugten Mikrowellen über eine Auskopplung 8 auf ei
nen Hohlleiter geführt werden, angeordnet. Der Anodenstromkreis wird gebildet von
der Sekundärwicklung 4, einem Kondensator 9 und der Parallelschaltung einer Diode
10 mit dem Magnetron 6. Die Sekundärwicklung 4 besitzt eine Sekundäranzapfung,
die durch einen Schalter 11 über eine Ansteuerelektronik 12 zu- oder abgeschaltet
wird. Die Ansteuerelektronik 12 entscheidet durch die von der Hausfrau vorgewählte
Kochstufe, ob eine höhere Anodenspitzenspannung erforderlich ist und schaltet für
den Fall, daß 700 Watt Mikrowellenleistung erforderlich sind, den Schalter 11 in die
entsprechende Anzapfstellung. Fig. 1a zeigt den für 600 W vorgesehenen Schaltzu
stand. Die Maximalleistung von 700 W erfordert einen besonderen zusätzlichen Elek
tronikaufwand, wie er in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Die Ansteuerelektronik
verhindert zudem, daß nach der vollen 700 W-Leistungsdauer diese Stufe sofort wie
der angewählt werden kann. Erst nach einer Mindest-Erholzeit, die eine Übertempe
raturbeanspruchung von Magnetron 6 und Hochspannungstransformator 1 ausschließt,
kann die 700 W-Stufe erneut zugeschaltet werden.
Gemäß Fig. 1b wird durch einen in Serie zur Sekundärwicklung 4 geschalteten
ohm′schen Widerstand 13, der von der Ansteuerelektronik 12 über einen Schalter zugeschaltet
oder kurzgeschlossen wird, die Anoden-Spitzenspannung beeinflußt. Wählt die Hausfrau
die 700 Watt-Kochstufe aus, dann wird über die Ansteuerelektronik 12 ein Schalter
14 geschlossen und der Widerstand 13 überbrückt , die erhöhte Anoden-Spitzenspan
nung liegt an, wodurch der Anodenstrom entsprechend ansteigt und die Mikrowellen
leistung auf 700 W erhöht wird.
Gemäß Fig. 2 wird die Primärwicklung 2 mit einer Anzapfung ausgestattet und ein
Schalter 15 wird, der jeweiligen Betriebsart entsprechend, von der Ansteuerelektro
nik 12 geschaltet. Wegen
erhöht sich die Magnetron-Anodenspannung
UA, wenn die Primärwindungszahl WP, bei Ws = konstant,
herabgesetzt wird, so daß für den 700 Watt Mikrowellenleistungs-Anwendungsfall
die Ansteuerelektronik 12 den Schalter 15 auf die kleinere Windungszahl
schaltet, wie Fig. 2 zeigt.
Gemäß Fig. 3 liegt zur Gleichrichterdiode 10 ein ohm′scher Widerstand 16 in Rei
he, der den Anodenstrom beeinflußt. Die Ansteuerelektronik 12 steuert den Schalter
17, der den Widerstand 16 zuschaltet oder kurzschließt. Die Schaltung ist so ausge
legt, daß die Überbrückung des Widerstandes 16 durch den Schalter 17 die 700 Watt
Mikrowellenleistung erbringt. Schaltet die Ansteuerelektronik 12 den Widerstand 16
zu, gibt das Magnetron 6 nur maximal 600 Watt Mikrowellenleistung ab.
Gemäß Fig. 4 schaltet die Ansteuerelektronik 12 über einen Schalter 18 einen
Kondensator 19 parallel zum Kondensator 9 und verringert durch diese Kapazitätser
höhung die wirksame Impedanz, so daß ein Anodenstromanstieg erfolgen kann und
die Mikrowellenleistung des Magnetrons 6 größer wird. Die Schaltung ist so ausge
legt, daß mit der Parallelkapazität 19 die Mikrowellenleistung im Garraum 700 Watt
beträgt. Schaltet die Ansteuerelektronik 12 die Kapazität 19 ab, so können maximal
600 Watt Mikrowellenleistung im Garraum entnommen werden.
Gemäß Fig. 5 schaltet die Ansteuerelektronik 12 ein zusätzliches Elektromagnetfeld
20 dem Magnetron 6 zu, wenn die Mikrowellenleistung im Garraum 700 Watt betra
gen soll.
Der Mikrowellen-Erzeugungsprozeß im Magnetron 6 ist direkt von der Magnetfeld
stärke in den Resonatorkammern abhängig. Die in Mikrowellenherden eingesetzten
Magnetrons erzeugen diese Magnetfeldstärke durch zwei Permanentmagnete. Wird
dem Permanentmagnetfeld ein zusätzliches Magnetfeld 20 überlagert, dann erzielt
man durch die erhöhten Magnetflußdichten eine Mikrowellen-Leistungssteigerung, die
zudem gut regelbar ist.
Gemäß Fig. 6 werden Temperatursensoren 21 und 22 an den für Übertemperaturen
kritischen Punkten von Hochspannungstransformator 1 und Magnetronanode 7 ange
ordnet und mit Erreichen einer Grenztemperatur wird eine niedrigere Leistungsstufe
eingeschaltet. Dazu kann ein zusätzliches Hochspannungsrelais 23 benutzt werden,
aber auch die Ansteuerelektronik 12 kann die Temperaturüberwachung mit überneh
men. In Fig. 6 wurde das Schaltbeispiel von Fig. 2 zugrundegelegt. Auch jedes
andere der unter Fig. 1a, 1b bis Fig. 5 ausgeführten Schaltbeispiele unterliegt
gleichermaßen dieser Temperaturüberwachung mit sinngemäßer Rücknahme der Ma
ximalleistung im Grenztemperaturfall. Auch sind alle sinnvollen Kombinationen der
Schaltbeispiele von Fig. 1a bis Fig. 5 in diese Temperaturüberwachung einbezogen.
Mögliche Kombinationen der sechs angeführten Schaltbeispiele, die eine besonders
effektive Erhöhung der Mikrowellenleistung zur Folge haben, wobei die einzelnen
Schaltmaßnahmen für sich jeweils keinen vollen Leistungsaufschlag bewirken müssen,
sondern erst ihre Kombination die angestrebte effektive Mikrowellenleistung von 700
Watt im Garraum erbringt, erlauben auch eine stufenweise Zu- und Rückschaltung
der Maximalleistung. Dadurch können mögliche Instabilitäten im Magnetron ausge
schlossen werden und schädigende Schaltvorgänge vermieden werden.
Gemäß Fig. 7 wird die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 so modifiziert, daß ein
Mikroprozessor 24 die Leistungssteuerung übernimmt. Dadurch können alle angewähl
ten Leistungsstufen zugeschaltet werden, Schaltkombinationen der Schaltungsanordnungen
1 bis 6 vorgenommen werden und für die maximale Leistungsstufe die Temperatur
überwachung durchgeführt werden. Außerdem wird eine Zeitsteuerung für jede Lei
stungsstufe mit übernommen und notwendige Sonderfunktionen, z.B. Abschalten bei
Leerlauf, verlaufen mikroprozessorgesteuert.
Gemäß Fig. 8 und Fig. 9 wird der Stand der Technik im Schaltbild mit zugehöriger
Kennlinienschar dargestellt. Die Bezugszeichen 1 bis 10 sind bedeutungsgleich mit
Fig. 1a, die Auskopplung 8 der Mikrowellen führt in den Garraum 25.
Aus der Kennlinienschar N=(J) mit Verläufen für die Anoden-Spitzenspannung
(ebm), die Ausgangsleistung (Po) und den Wirkungsgrad (η) lassen sich einige cha
rakteristische Wertepaare ablesen. Die für Mikrowellenherde benutzten Magnetron-
Grundwerte ergeben bei einer Arbeitsfrequenz von 2455 MHz und einem mittleren
Anodenstrom von 300 mA, eine angepaßte Mikrowellenleistung von 900 Watt bei ei
ner Anoden-Spitzenspannung von 4100 Volt und einem Wirkungsgrad von 73%. Die
Mikrowellenleistung von 900 Watt reduziert sich im Garraum auf 600 Watt. Da ein
Magnetron eine robuste Metall-Keramik-Röhre ist und eine kurzzeitige Überlastung
nicht schädlich ist, wird für den Fall der Maximalleistung von 700 Watt Mikrowel
lenleistung im Garraum der Überlastungsfall herbeigeführt. Durch die beschriebenen
Schaltmaßnahmen wird ein Anodenstrom von 340 mA erreicht, bei einer Anoden-
Spitzenspannung von 4140 Volt, was einer angepaßten Mikrowellenleistung von 1020
Watt bei 73% Wirkungsgrad entspricht. Damit stehen dem Garraum 700 Watt Mi
krowellenleistung zur Verfügung. Diese Werte liegen noch unter den maximal zuge
lassenen Daten für diese Magnetrone. Der maximal zugelassene Anodenstrom beträgt
diesbezüglich 350 mA. Es ist also bei geeigneter Schaltungstechnik ohne Rückgriff
auf leistungsfähigere Magnetrons die gewünschte Garraumleistung von 700 Watt er
zielbar.
Claims (12)
1. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung bei Magnetrons, vor
zugsweise für Mikrowellenherde, wobei ein Magnetron-Anodenstromkreis übli
cher Magnetrons für Haushaltgeräte aus der Serienschaltung einer Hochspan
nungstransformator-Sekundärspule und eines Hochspannungskondensators und in
Serie dazu aus der Parallelschaltung einer Gleichrichterdiode und der Kato
den-Anodenstrecke des Magnetrons besteht und die Mikrowellen-Leistungsüber
tragung vom Magnetron zum Mikrowellenherd durch einen Rechteckhohlleiter er
folgt, wobei durch
eine aktivierbare Ansteuer-Schalteinheit
die Mikrowellen-Leistung durch
Vergrößerung des Magnetron-Anodenstroms
erhöhbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikrowellen-Leistung
in einen über den Dauerbetrieb
liegenden Leistungsbereich für eine
für die Mikrowellen-Leistungseinheit
unschädliche vorgegebene Zeitdauer erhöhbar ist,
daß die Ansteuerelektronik
(12) die maximale Mikrowellenleistung nach
der vorgegebenen Zeitdauer zurücknimmt und eine
niedrigere Mikrowellen-Leistungsstufe einschaltet
und daß die Ansteuerelektronik
(12) nach der Zurücknahme der maximalen Leistungsstufe
eine sofortige erneute Zuschaltung der
maximalen Leistungsstufe blockiert und diese Zuschaltung
erst nach einer sensorgesteuerten Erholzeit
wiederholbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Über
last-Überwachungseinrichtung angeordnet ist, die die Magnetronanode (7) und
den Hochspannungstransformator (1) vor Überlastungsschäden schützt.
3. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Hochspannungstransformator (1) sekundärseitig
mindestens eine Anzapfung besitzt und daß die Ansteuerelektronik (12) durch
einen Schalter (11), entsprechend einer vorgewählten Leistungsstufe, die zugehö
rige Anodenspannung für das Magnetron (6) bereitstellt.
4. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß im Anodenstromkreis eine ohm′sche Last (13) in
Reihe zur Hochspannungstransformator-Sekundärwicklung (4) geschaltet ist, und
daß die Ansteuerelektronik (12) bei vorgewählter maximaler Mikrowellenleistung
die ohm′sche Last (13) kurzschließt.
5. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Hochspannungstransformator (1) primärseitig min
destens eine Anzapfung besitzt und daß die Ansteuerelektronik (12) durch einen
Schalter (15) entsprechend einer vorgewählten Leistungsstufe, die zugehörige
Anodenspannung für das Magnetron (6) bereitstellt.
6. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß im Anodenstromkreis eine ohm′sche Last (16) in
Reihe zu einer Diode (10) geschaltet ist, und daß die Ansteuerelektronik (12)
bei vorgewählter maximaler Mikrowellen-Leistung die ohm′sche Last (16) kurz
schließt.
7. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß im Anodenstromkreis zur Kapazität (9) durch die An
steuerelektronik (12) bei vorgewählter maximaler Mikrowellenleistung eine
Kapazität (19) parallel geschaltet wird.
8. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Ansteuerelektronik (12) bei vorgewählter maxi
maler Mikrowellenleistung einen Elektromagneten (20) zuschaltet, der die mag
netische Flußdichte in den Resonatorkammern des Magnetrons (6) verstärkt.
9. Schaltungsanordung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerelektronik (12) die Mikro
wellenleistung zurückschaltet, wenn die Magnetron-Anodenkerntemperatur eine
obere Grenztemperatur erreicht hat.
10. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach einem der Ansprü
che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerelektronik (12) die Mi
krowellenleistung zurückschaltet, wenn die Hochspannungs-Transformator
temperatur eine obere Grenztemperatur erreicht hat.
11. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 2
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor (24) alle Funktionen der
Ansteuerelektronik (12) übernimmt, vorteilhafte Schaltvorgänge kombiniert und
zusätzliche Steuerfunktionen ausführt.
12. Schaltungsanordnung zur Mikrowellen-Leistungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor (24) nach einer speziellen Koch
buchsoftware das entsprechende Auftau-, Koch- oder Garprogramm einschaltet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873741381 DE3741381A1 (de) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | Schaltungsanordnung zur mikrowellen-leistungssteuerung bei magnetrons |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873741381 DE3741381A1 (de) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | Schaltungsanordnung zur mikrowellen-leistungssteuerung bei magnetrons |
Publications (2)
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DE3741381A1 DE3741381A1 (de) | 1990-03-01 |
DE3741381C2 true DE3741381C2 (de) | 1992-01-09 |
Family
ID=6342021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873741381 Granted DE3741381A1 (de) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | Schaltungsanordnung zur mikrowellen-leistungssteuerung bei magnetrons |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3741381A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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