FR2626431A1 - Dispositif de reglage de la puissance d'un magnetron de four menager micro-ondes - Google Patents

Abstract

Le dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences comprend un régulateur de tension anodique du magnétron et une source d'alimentation de chauffage. Le régulateur de tension anodique 1 comprend un convertisseur de tension continu-alternatif en pont 2, un transformateur 4, un redresseur 6, un filtre 7. La source d'alimentation de chauffage 23 est réalisée à l'aide d'un convertisseur de tension continu-alternatif en demi-pont 25 et d'un transformateur 26. Le convertisseur en pont 2 est commandé par les signaux délivrés par un générateur 18 de trains d'impulsions commandant le régulateur de tension anodique. Application à la régulation du circuit anodique du magnétron à l'aide d'un circuit à haute fréquence.

Description

DISPOSITIF DE REGLAGE DE LA PUISSANCE
D'UN MAGNETRON DE FOUR MENAGER A MICRO-ONDES
La présente invention concerne des dispositifs à hyperfréquences ou "micro-ondes" pour le chauffage de diélectriques et a notamment pour objet un dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences.

L'intention peut être appliquée dans des dispositifs électroniques à hyperfréquences utilisés dans des installations collectives ménagères et dans des installations industrielles de faible capacité destinées à l'évaporation de mélanges liquides, au traitement thermique diélectrique et à la régulation de l'humidité d'un milieu en vue de la maintenir à un niveau déterminé.

La réduction du poids et de l'encombrement, sans sacri- fier la fiabilité, constitue l'une des principales exigences auxquelles doivent satisfaire les appareils électroménagers.

Par exemple, pour un dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences ou microondes, le dispositif doit être peu encombrant et léger et ne doit pas engendrer de perturbations électromagnétiques trams- mises par les circuits d'alimentation et affectant le fonctionnement d'autres appareils radio-électroniques domestiques.

On connaît un dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four à hyperfréquences ménager (Recueil "Elek- tronnaya tekhnika" ("Technique électronique"). Série "Elecktronika-SVCh" ("Electronique à hyperfréquences"), fascicule 5, 1984, (Moscou), P.V.Batsev, "Système de commande automatique des installations industrielles modernes de chauffage par hyperfréquences", partie II, "Analyse des régimes de fonctionnement d'un magnétron à deux fréquences pour les sources modernes d'énergie à hyperfréquences destinées au chauffage industriel", p. 50/54) comprenant un régulateur de tension anodique du magnétron avec un capteur de courant et une unité de commande et une source d'alimentation du circuit de chauffage du magnétron, ce régulateur de la tension anodique du magnétron étant réalise sous la forme d'un régulateur à thyristors avec un transformateur monté en série et une inductance insérée dans les circuits de sortie de ce transformateur.

Le dispositif connu est assez lourd et encombrant et peu fiable
La raison de ces inconvénients est due au fait que dans le dispositif connu, la transformation et la régulation de l'énergie destinée au circuit anodique du magnétron s'effectuent à basse fréquence, ou bien directement à la fréquence du secteur industriel (50 à 60 Hz), ce qui rend les transformateurs et les filtres du dispositif lourds et encombrants.

Branchés en série sur le régulateur à thyristors doté d'un bloc de commande électronique, le transformateur d'alimentation, ainsi qu'un électro-aimant de grande puissance et une inductance insérés dans le circuit anodique du magnétron constituent pour les thyristors une charge à caractère nettement inductif, ce qui diminue la fiabilité de fonctionnement des thyristors. La commande par impulsions des thyristors engendre un courant discontinu (impulsionnel) provoquant des parasites électromagnétiques dans les circuits d'alimentation en courant électrique qui affectent le fonctionnement d'autres appareils radio-électroniques.

On connaît un autre dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences (Recueil d'Electronique. Série "Electronique à hyperfréquences", fascicule 4, 1981, (Moscou), M.N. Molokhov, I.D. Maslakov "Stabilisateur réglable de la puissance de sortie de magnétron, p. 56 à 58) comprenant un régulateur de tension anodique du magnétron, dont la sortie est tranchée sur le circuit anodique de celui-ci, et une source d'alimentation de chauffage du magnétron dont la sortie est reliée au filament. Le régulateur de tension anodique de ce dispositif comprend un thyristor doté d'un circuit de commande et un transformateur dont l'enroulement secondaire est branché sur le circuit anodique du magnétron.Le thyristor et l'enroulement primaire du transformateur sont montés en série et branchés sur l'alimentation électrique du secteur. La source d'alimentation du chauffage est réalisée sous la forme d'un transformateur séparé dont l'enroulement primaire est relié au secteur à fréquence industrielle et l'enroulement secondaire, au filament du magnétron. Le circuit de commande élabore des signaux déterminant soit la durée de l'état de conduction du thyristor soit la durée de la mise sous tension de l'enroulement primaire du transformateur.On obtient ainsi des variations de la durée des impulsions à hyperfréguences générées par le magnétron dans chaque demi-période de la tension d'alimentation tout en maintenant la- puissance moyenne d'énergie à hyperfréquences au niveau voulu.

A la différence du dispositif connu précédemment décrit, le dispositif en question ne comprend aucune inductance qui compromettrait la fiabilité de fonctionnement des thyristors.

Toutefois, dans le dispositif connu en question, comme dans le dispositif précédemment décrit, la transformation et la régulation de l'énergie destinée au circuit anodique du magnétron se font directement à la fréquence du secteur industriel de, sorte que la commutation des thyristors et le fonctionnement du transformateur s'opèrent à basse fréquence, ce qui augmente la masse et l'encombrement du transformateur et des filtres, ainsi que la consommation de courant, à cause d'un courant à vide important, d'où résulte une réduction du rendement. Le régime de, fonctionnement du magnétron du dispositif connu n'est pas le régime optimal, la tension appliquée à l'anode du magnétron étant en are de sinusoïde ce qui diminue l'efficacité dans l'utilisation de la puissance du magnétron.Cela s'explique surtout par le fait que le spectre des fréquences générées par le magnétron se trouve élargi, alors que les tensions anodiques correspondant à la puissance maximale du magnétron ne durent que pendant un intervalle très court de la période de la tension d'alimentation. Comme la tension de chauffage du magnétron n'est pas stabilisée, la durée de vie de sa cathode est notablement réduite, les fluctuations de la tension d'entrée provoquant des variations de la température de la cathode du magnétron, et il s'ensuit que celle-ci ne peut pas être utilisés de manière optimale et sa défaillance se produit prématurément à cause d'une surchauffe ou d'un chauffage insuffisant.

Dans le cadre de l'invention on s'est proposé de créer un dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences ou micro-ondes dont les circuit seraient réalisés de manière que la régulation de l'énergie destinée au circuit anodique et au filament du magnétron s'effectue à haute fréquence, ce qui permet de réduire la masse et l'encombrement du dispositif et d'en améliorer le rendement et la fiabilité.

Ce problème est résolu grâce au fait que dans un dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ména- ger à hyperfréquences comprenant un régulateur de la tension anodique du magnétron, dont la sortie est reliée au circuit anodique du magnétron, et une source d'alimentation de chauffage du magnétron dont la sortie est branchée sur le filament du magnétron, le régulateur de tension anodique selon l'invention comprend, montés en série, un convertisseur de tension con;;tinu-alternatif en pont dont l'entrée sert d'entrée d'ali- mentation au régulateur de tension anodique, un transformateur, un redresseur et un filtre dont la sortie constitue une première sortie du régulateur de tension anodique destinée i être branchée sur le circuit anodique du magnétron, et comprend également une diode dont l'entrée est reliée à l'entrée d'alimentation du régulateur de tension anodique et dont la sortie constitue une deuxième sortie du régulateur de tension anodique, et comprend également, montés en série, une source de courant continue, un contrôleur d'amplitude du courant dont une entrée de commande est branchée sur la sortie du filtre, et à un é élément magnétique saturable dont la sortie est reliée à un enroulement primaire du transformateur, ainsi qu'un générateur de trains d'impulsions commandant le régulateur de tension anodique, dont l'entrée est reliée à la sortie du sélecteur de régime de fonctionnement du four à micro-ondes et dont la sortie est branchée sur les entrées de commande du convertisseur en pont, que la source d'alimentation du chauf- fage du magnétron comprend, montés en série, un convertisseur de tension continu-alternatif en demi-pont, dont une entrée d'alimentation est branchée sur une deuxième sortie du rdgula- teur de tension anodique, et un transformateur à au moins deux enroulements secondaires, les bornes de l'un de ces enroulements secondaires formant la sortie de la source d'alimenta- tion de chauffage destinée à être branchée sur le filament du magnétron, cette source comprenant également un générateur de trains d'impulsions de stabilisation de la tension de chauf- fage dont l'entrée est branchée sur un antre enroulement secondaire du transformateur de la source d'alimentation de chauffage et dont les sorties sont reliées aux entrées de commande du convertisseur en- demi-pont, et qu'en outre le dispositif de réglage comprend, montés en série, un redresseur d'alimentation dont l'entrée sert d'entrée d'alimentation au dispositif, un limiteur du courant de démarrage, un filtre capacitif et une inductance dont la sortie est reliée à Iren trée d'alimentation du régulateur de tension anodique
Il est possible de réaliser l'élément magnétique saturable de manière qu'il comprenne un premier noyau torique et un deuxième disposés de manière coaxiale, un enroulement de commande dont les spires entourent simultanément les deux noyaux toriques et un enroulement de travail composé de deux semi-enroulements montés en opposition et disposés chacun sur un noyau torique distinct.

Il est également possible de réaliser l'élément magnd- tique saturable sous la forme d'un noyau torique avec une cavité annulaire coaxiale par rapport à ce noyau, et de deux enroulements respectivement de travail et de commande, 1'en- roulement de commande étant disposé dans la cavité annulaire de manière coaxiale par rapport à celle-ci, alors que ltenrou- lement de travail est enroulé extérieurement sur le noyau torique de manière que les plans de ses spires soient per pendiculaires aux plans des spires de l'enroulement de commande.

Xi -est préférable de réaliser le dispositif de pilotage de l'amplitude du courant de façon qu'il comprenne un transistor de puissance dont l'entrée et la sortie forment respectivement l'entrée et la sortie du dispositif de pilotage de l'amplitude du courant et, montés, en strie, un circuit compa- rateur dont l'une des entrées sert d'entrée de commande au dispositif de pilotage de l'amplitude du courant alors que l'autre est reliée à la sortie d'une source de tension de référence, et un amplificateur à courant continu dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du transistor de puissance.

Il est avantageux de réaliser le générateur d'impulsions de commande de manière qu'il comprenne, reliés en série, une horloge, un premier circuit ET, un premier compteur d'impul- sions, un deuxième compteur d'impulsions, un deuxième circuit
ET, un oscillateur à entrées de synchronisation dont la sortie constitue celle du générateur de trains d'impulsions, ainsi qu'un troisième circuit ET dont la sortie est reliée aux deuxièmes sorties du premier et du deuxième circuits ET et dont l'entrée sert d'entrée de commande de l'émetteur de trains d'impulsions, et un quatrième circuit ET dont les entrées sont branchées respectivement sur les sorties du deuxième compteur d'impulsions et du troisième circuit ET et dont la sortie est reliée à la deuxième entrée de l'oscillateur à entrées de synchronisation
Le dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences réalisé selon l'invention permet de stabiliser la tension anodique du magnétron à un niveau souhaité en vue d'utiliser la puissance du magnétron d'une manière plus efficace, d'améliorer le coefficient dtuti- lisation de la tension anodique et donc, d'améliorer le rendement du disposltif,
te dispositif selon l'invention est conçu pour fonctionner à haute fréquence ce qui a permis d'en réduire la masse et l'encombrement, de réduire le niveau des parasites électroma- gnétiques engendrés par le dispositif selon l'invention dans les circuit d'alimentation en courant électrique d'autres appareils radio-électroniques, et d'améliorer la fiabilité de fonctionnement.

La stabilité de la tension de chauffage du magnétron assurée par le dispositif selon l'invention dans une gamme étendue de facteurs déstabilisants a permis d'améliorer la fiabilité d'utilisation du magnétron de four ménager à à hyperfréquences. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de divers modes de réalisation de l'invention, faits à titre non limitatif et en se référant aux dessins annexés dans lesquels, selon l'invention::
- la figure 1 représente la schéma à blocs d'un disposi
tif de réglage de la puissance d'un magné-
tron de four ménager à hyperfréquences;
- la figure 2 représente le schéma électrique d'un
convertisseur de tension continu-alternatif
en pont;
- la figure 3 représente le schéma électrique d'un
convertisseur de tension continu-alternatif
en demi-pont;
- la figure 4 représente un élément magnétique saturable
à deux noyaux toriques (en perspective);
- la figure 5 représente le même élément que la figure 4
mais à un seul noyau torique;
- la figure 6 représente le schéma électrique d'un limi
teur du courant de démarrage;
- la figure 7 représente un schéma à blocs dtun généra-
teur de trains d'impulsions de commande
d'un régulateur de tension anodique;;
- la figure 8 représente un schéma à blocs d'un généra-
teur de trains d'impulsions de stabilisa
tion de la tension de chauffage;
- la figure 9 représente un schéma a blocs d'un disposi-
tif de pilotage de l'amplitude du courant;
- la figure 10a, b, c, d, e, f, g, h, k, 1, m représente
les diagrammes de variation des tensions en
différents points du schéma représenté sur
la figure 1, pour expliquer le fonctionne
ment d'un dispositif selon l'invention;
- la: figure 11 représente un diagramme des variations du
signal à la sortie du générateur dtimpul-
sions de commande du régulateur de tension
anodique.

sur les diagrammes des figures 10 et 11, sont portés en ordonnées la tension U en volts et en abscisses, le temps t en secondes
Le dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à à hyperfréquences ou micro-ondes représenté sur la figure 1 comprend un régulateur de tension anodique I comprenant, montés en série, un convertisseur de tension continu-alternatif 2 en pont et dont l'entrée sert d1entrée d'alimentation 3 au régulateur de tension anodique 1, un transformateur 4, dont un enroulement secondaire 5 est branché sur l'entrée d'un redresseur 6, et un filtre 7, dont la sortie constitue une première sortie 8 du régulateur de tension anodique 1, branchée sur le circuit anodique 9 d'un magnétron 10. Le régulateur de tension anodique 1 comprend également une source de courant continu 11, dont la sortie est reliée à l'entrée d'alimentation 12 d'un dispositif de pilotage de l'amplitude du courant 13, dont une entrée de commande 14 est branchée sur le circuit anodique 9 du magnétron 10, alors que la sortie du dispositif de pilotage de l'amplitude du courant 13 est reliée à une entrée 15 d'un élément magnétique saturable 16 branché en parallèle sur l'enroulement primaire 17 du transformateur 4q De régulateur de tension anodique 1 comprend en outre un générateur 18 de trains dJLm- pulsions de commande du régulateur de tension anodique, dont les sorties sont branchées sur les enroulements de commande 19 du convertisseur de tension continu-alternatif en pont 2 et dont l'entrée est reliée au sélecteur 20 de régimes de fonctionnement du four à hyperfréquences, et une diode 21 dont l'entrée est reliée à l'entrée d'alimentation 3 du convertis- seur en pont 2, alors que la sortie de la diode 21 forme une deuxième sortie 22 du régulateur de tension anodique 1 branchée sur l'entrée d'une source d'alimentation du chauffage 23.

La source d'alimentation du chauffage 23 comprend, montés en série, un générateur 24 de trains d'impulsions de stabilisation de la tension de chauffage, un convertisseur de tension continu-alternatif en demi-pont 25 et un transformateur 26 doté d'un enroulement primaire 27 et d'enroulements second res 28, 29, 30. L'entrée du générateur de trains d'impulsions de stabilisation 24 est branchée sur les sorties de 1'enrou- lement secondaire 28 du transformateur 26, alors que les sorties de ce générateur sont reliées aux entrées de comman- de 31 du convertisseur en demi-pont 25. Les sorties de l'en- roulement secondaire 29 du transformateur 26 forment les sorties de la source d'alimentation du chauffage 23 et sont reliées au filament 32 du magnétron 10. Sur les sorties de l'enroulement secondaire 30 sont branchées les-serties d'un redresseur supplémentaire 33 dont l'entrée est reliée à l'en- trée de commande 34 d'un limiteur de courant de démarrage 35.

Le dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences comprend également, montés en série, un redresseur d'alimentation 36 dont l'entrée sert d'entrée d'alimentation au dispositif de réglage- de la puis- sance du magnétron et est destinée a etre branchée sur le secteur d'alimentation en courant alternatif, alors que sa sortie est reliée à l'entrée d'alimentation 37 du limiteur de courant de démarrage 35, un filtre capacitif 38 et une induc- tance 39 dont la sortie est branchée sur l'entrée d'alimen- tation 3 du régulateur de tension anodique 1 du magnétron.

La figure 2 représente un schéma électrique relatif d l'un des modes de réalisation du convertisseur de tension continu-alternatif en pont 2. Le convertisseur 2 comprend quatre transistors de commutation commandés 40, 41r 42, 43 montés dans les quatre bras du circuit en pont dont les sorties de l'une des diagonales sont reliées a l'entrée d'alimen- tation 3 du régulateur de tension anodique, alors que dans l'autre diagonale est inséré l'enroulement primaire 17 du transformateur 4. Les entrées de commande des transistors de commutation 40 à 43 forment les entres de commande 19 du convertisseur en pont. 2.

Pour réduire les.pertes dynamiques dans les transistors de commutation 40 a 43, il est prévu un circuit 44 branché en parallèle avec chacun des transistors de commutation et comprenant une diode 45 reliée à une résistance 46 et un condensateur 47 montés en parallèle entre eux.

La figure 3 représente un schéma électrique de l'un des modes de réalisation du convertisseur de tension continualternatif an demi-pont 25* Le convertisseur 25 est réalisé sous la forme d'un pont dont deux bras contigus comportent des transistors de commutation commandés 48, 49, alors que dans deux autres bras sont insérés des condensateurs 50, 51. Les sorties de l'une des diagonales du circuit en pont forment l'entrée d'alimentation du convertisseur en demi-pont 25, alors que dans L'autre diagonale est branché l'enroulement primaire 27 du transformateur 26.Les entrées de commande des transistors de commutation 48, 49 sont reliées aux entrées de commande 31 du convertisseur 25* Pour diminuer les pertes dynamiques dans les transistors de commutation 48, 49, des circuits 44 analogues à ceux déjà décrits sont branchés en parallèle a. ces transistors de commutation.

Le mode de réalisation de l'élément magnétique saturable 16 représenté sur la figure 4 comprend des noyaux toriques 52, 53 disposés de manière coaxiale, un enroulement de commande 54 dont les spires entourent simultanément les deux noyaux 52, 53 et dont les extrémités sont branchées sur l1en- trée 15 de l'élément magnétique saturable 16, et enroulement de travail 55 composé de deux demi-enroulements 55' et 55" montés en-opposition, le demi-enroulement- 55t étant disposé sur le noyau 52, le demi-enroulement 55" sur le noyau 53 et les sorties de l'enroulement 55 étant branchées a la sortie de l'élément magnétique saturable 16
La figure S représente un autre mode de réalisation de l'élément magnétique saturable 16 comprenant un noyau torique 56 doté d'une cavité annulaire coaxiale 57, dans laquelle est disposé un enroulement de commande 58 coaxial par rapport a la cavité 57, et un enroulement de traVail 59 enroulé sur le noyau torique 56.Les enroulements 58 et 59 sont orientés l'un par rapport à. l'autre de telle façon que les plans des spires de l'enroulement de travail 59 soient perpendiculaires aux plans des spires de l'enroulement de commande 58. Les bornes de l'enroulement de commande 58 sont branchées à l'entrée 15 de l'élément magnétique saturable 16 et les bornes de l'en- roulement de travail 59 sont connectées à la sortie de l'élé- ment 16. Pour faciliter le montage de l'élément magnétique saturable 16, le noyau torique 56 est réalisé démontable dans le sens de la hauteur (selon le dessin).

Le redresseur d'alimentation 36 (dont le schéma Elec- trique n'est pas représenté sur le dessin) peut être réalisé sous la forme d'un circuit en pont avec des diodes montées sur les branches du pont et dont la diagonale est destinée à à être branchue sur le secteur d'alimentation en courant alternatif
Le filtre capacitif 38 (dont le schéma électrique n'est pas représenté sur le dessin) peut être réalisé sous la forme d'une batterie de condensateurs montés en parallèle.

La figure 6 représente le limiteur 35 de courant de démarrage, réalisé sous la forme d'une résistance 60 et d'un semi-conducteur à allumage commandé 61 formant interrupteur, montées en parallèle, l'entrée de commande de l'interrup- teur 61 étant reliée à l'entrée de commande 34 du limiteur 35.

L'entrée d'alimentation 37 du limiteur de courant de dimar- rage 35 est reliée en un point commun 62 à une borne de la résistance 60 et à la première électrode d'alimentation du semi-conducteur 61. L'autre borne de la résistance 60 est reliée en un point commun 63 à la deuxième électrode dtalimen- tation de l'interrupteur a semi-conducteur 61 et a la sortie du limiteur de courants de démarrage 35.

La figure 7 représente un mode de réalisation du généra- teur 18 de trains d'impulsions de commande du régulateur de tension anodique du magnétron, comprenant, reliés en série, une horloge 64, un circuit ET 65, un premier compteur d'impulsions 66, un deuxième compteur d'impulsions 67, un circuit
ET 68 et un oscillateur 69 comptant les entrées de synchronisation 70, 71. En outre, le générateur de trains d'impulsions de commande 18 comprend un troisième circuit ET 72 dont la sortie est branchée sur des deuxièmes sorties des circuits
ET 65 et 68 et dont l'entrée sert d'entrée de commande au générateur de trains d'impulsions de commande 18, et un quatrième circuit ET 73 dont les entres sont reliées, respec tivement, aux sorties du compteur 67 et du circuit ET 72, et dont la sortie est branchée sur l'entrée 71 de l'oscillateur 69, les sorties de ce dernier constituant les sorties du générateur de. trains d'impulsions 18.

La figure 8 représente un mode de réalisation dû généra- teur 24 de trains d'impulsions de stabilisation de la tension de chauffage comprenant, montés en série, une horloge 74, un circuit ET 75, un premier compteur d'impulsions 76, un deuxième compteur d'impulsions 77, un circuit ET 78 et un oscillateur 79 muni d'entrées de synchronisation 80, 81 et dont les sorties constituent les sorties du générateur de trains d'im- pulsions 24.En outre, le générateur de trains d'impulsions 24 comprend d'une part un troisième circuit ET 82 dont la sortie est reliée à des deuxièmes entrées des circuits ET 75 et 78 et dont l'entrée est branchée sur l'enroulement secondaire 28 (figure 1) du transformateur 26, et d'autre part un quatrième circuit ET 83 (figure 8), dont les entrées sont reliées, respectivement, aux sorties du compteur d'impulsions 77 et du circuit ET 82 et dont la sortie est relise à l'entrée 81 de l'oscillateur 79.

La figure 9 représente un mode de réalisation du générateur d'amplitude de courant 13 réalisé sous la forme d'un transistor de puissance 84 dont l'entrée et la sortie constituent respectivement l'entrée 12 et la sortie du dispositif de pilotage de l'amplitude du courant 13; le générateur 13 comprend également, montés en série, un-circuit comparateur 85 dont l'une des entrées forme l'entrée de commande 14 du contrôleur 13 d'amplitude de courant et dont l'autre entrée est reliée b une source 86 de tension de référence, , et un amplificateur a courant continu 87 dont la sortie est branchée sur l'entrée de commande du transistor d'alimentation 84.

te fonctionnement du dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences selon l'invention est le suivant.

Lorsque le dispositif est branché sur le secteur alternatif d'alimentation, le redresseur d'alimentation 36 {figu- re 13 commande le redressement de la tension d'alimentation (le diagramme de la variation de la tension a la sortie du redresseur 36 est représenté sur la figure 10a). Cette tension est ensuite filtrée par le filtre capacitif 38, la capacité des condensateurs du filtre 38 étant choisie de telle manière que la valeur des pulsations ou oscillations de tension Uc ne dépasse pas 2 a si de la valeur d'amplitude (redressée) E@ de la tension (figure 10b).Comme la capacité des condensateurs du filtre 38 est importante, on a prévu un limiteur 35 de courant de démarrage entre le redresseur d'alimentation 36 et le filtre capacitif 38, pour protéger les autres éléments consommateurs de Courant contre des variations de courants excessives sur le secteur qui risqueraient de provoquer des -digradatîons ou des anomalies de fonctionnement sur les autres appareils électriques ou électroniques branchés sur le secteur (par exemple, une défaillance du balayage vertical des postes de télévision).Initialement, la charge des condensateurs du filtre capacitif 38 s'effectue a travers la résistance 60 (figure 6), puis au bout d'une durée ne dépassant pas normalement 1 seconde, 1'interrupteur commandé 61 met la résis- tance 60 en court-circuit.

La tension continue issue du filtre capacitif-38 (figure L5 est appliquée à l'entrée 3 du régulateur de tension anodique 1 a travers l'inductance 39. Le régulateur I est réalisé autour d'un convertisseur de tension en pont 2 dont les entrées de commande 19 reçoivent une tension rectangulaire en créneaux (figure 10c) depuis le générateur de trains d'impulsions 18.

Les transistors de commutation 4Q (figure 2), 41, 42, 43 du convertisseur de tension à transformateur en pont 2 se trouvent alternativement placés en deux états quasi-stables
La durée de l'état stable est égale a une demi-période de la tension de commande appliquée aux entres li du convertis- seur 2 depuis le générateur de trains d'impulsions 18 (figu- re 1). L'enroulement primaire 17 du transformateur 4 du convertisseur de tension a transformateur en pont est connecté en parallèle avec l'enroulement de travail 55 (figure 4) ou 59 (figure 5) de 11618ment magnétique saturable 16.

Examinons le fonctionnement du dispositif équipé d'un élément magnétique saturable 16 réalisé comme indiqué sur la figure 5. te dispositif de pilotage de l'amplitude du courant 13 (figure 1J et l'enroulement de commande 58 (figure 5) de l'élément magnétique saturable 16 sont traversés par un courant qui engendre dans la noyau 56 une composante transversale Bx de l'induction magnétique::

où
Bx est la composante de l'induction magnétique de satura
tion du noyau selon l'axe X;
est la perméabilité magnétique du matériau du noyau; 0 est la perméabilité magnétique du vide; est le courant parcourant le dispositif de pilotage de
l'amplitude du courant 13;
W1 est le nombre de spires de l'enroulement de commande 58; est la longueur moyenne des lignes de force magnétiques
dans le noyau 56.

La composante longitudinale By de l'induction magnétique engendrée par le courant traversant l'enroulement de travail 59 de l'éîment magnétique saturable 16-est déterminée nar la relation suivante:

où
est l'amplitude de la tension à la sortie du redres
seur 36, f est la fréquence des- impulsions de commande aux en
triées 19 du convertisseur 2; est la surface de la section du matériau magnétique du
noyau 56 selon un plan passant par l'axe Y;
W2 est le nombre de spires de l'enroulement de travail 59.

L'induction totale s dans le noyau 56 de l'élément magnétique saturable 16 est déterminée par la relation
B = # Bx + By # Bs , où
Bs est l'induction de saturation du matériau du noyau de
l'élément magnétique saturable.

Tant que le dispositif de pilotage de l'amplitude du courant 13 n'est pas traversé par le courant, l'induction B dans le noyau 56 varie dans les limites
+Bs > B >
A l'apparition dans l'enroulement de commande 58 de l'élément magnétique saturable 16 d'un courant, pendant une partie de la demi-période de la tension de commande appliquée aux entrées 19, l'induction B dans le noyau 56 est constante et égale à Bs, c'est-à-dire que l'élément magnétique saturable 16 est à l'état de saturation (voir figure 10d). Le temps pendant lequel l'élément 16 se trouve en régime de saturation est égal à t1, ie temps pendant lequel llinduc- tion B dans l'élément 16 varie linéairement est égal à t2.

Pendant le temps tl la sortie du convertisseur de tension en pont 2 est shuntée par la basse résistance de sortie de l'étément 16. A ce moment, le courant traversant les transistors de commutation 40 a 43 (figure 2) n'augmente pas, du fait que le circuit d'alimentation du convertisseur de tension en pont 2 comprend l'inductance 39 qui se trouve pendant le temps t1 sous la tension Em Après la commutation des transistors de commutation 40 à 43, l'élément magnétique saturable 16 cesse d'etre en état de saturation, mais l'inductance 39 inverse la tension a son enroulement; cette tension inverse additionnée à la tension appliquée au filtre capacitif 38 est amenée à l'entrée 3 du convertisseur de tension en pont 2 (figure 10e).

L'amplitude Em de la tension à l'inductance 39 est déterminée par l'expression:
Em.t1 - EL.t2 = 0

La tension appliquée à l'entrée 3 du convertisseur de tension en pont 2 est alors:
E = EL + Em pour 0 # t # t2
E = O pour t2 # t < t1
La forme de la tension appliquée à l'enroulement de l'inductance 39 est représentée sur la figure 10e.

Si l'inductance L de l'inductance 39 est choisie correctement, le courant iL parcourant l'inductance 39 doit être pratiquement constant (figure 10f); à cet effet on choisit L de manière à satisfaire å l'inégalité:

où

q étant le rapport entre la période et la durée du fonc
tionnement de l'élément magnétique saturable 16; Xmin étant le courant minimal à l'entrée 3 du convertisseur
de tension 2.

A l'enroulement secondaire 5 du transformateur 4 apparaissent des impulsions de tension bidirectionnelles entrecoupées par des périodes d'attente (voir figure 10g). Ces impulsions sont ensuite transformées en impulsions unidirectionnelles par le redresseur 6 (figure 10h) et filtrées par le filtre capacitif 7 (f igure 10k). Les condensateurs du filtre capacitif 7 se chargent jusqu'à une valeur égale à (Em + EL.).n = Ua, où
est la tension d la sortie du filtre 7, est le rapport de transformation du transformateur 4.

La valeur de la capacité des condensateurs du filtre 7 est choisie de telle sorte que les pulsations S la sortie du filtre 7 soient sensiblement nulles. C'est cette tension qui est appliquée au circuit anodique 9 du magnétron 10 et à l'entrée de commande 14 du dispositif de pilotage de l'ampli- tude du courant 13.Une partie de la tension de sortie Ua est comparée avec la tension étalon fournie par la source de -la tension étalon 86 (figure 9), cette comparaison s'effectuant dans le circuit comparateur 85, et un signal d'erreur est adressé au transformateur d'alimentation 84 qui règle le courant parcourant l'enroulement de commande 58 (figure 5) de l ment magnétique saturable 16. Etant donné que

A la variation de i correspond une variation de t1 telle que Ua reste constante.

Lorsqu'il se produit des fluctuations de la tension du secteur, par exemple lorsque la tension à l'entrée du redresseur d'alimentation 36 (figure 1) diminue, le courant parcourant l'enroulement (figure 5) de commande 58 augmentez et le noyau 56 de l'élément magnétique saturable If se trouve en état de saturation pendant un temps plus long (figure 10e).

L'élément magnétique saturable 16 réalisé avec deux noyaux toriques et représenté sur la figure 4 fonctionne de manière analogue, sauf que les vecteurs de l'induction B due au cou- rant parcourant l'enroulement de commande 54 et aux courants parcourant les demi-enroulements 55', 55" de l'enroulement de travail 55 se trouvent dans un méme plan.

Comme l'amplitude

de la tension à l'entrée 3 du convertisseur en pont 2 est stabilisée, la tension aux bornes des condensateurs 50, 51 lfi51ure 3) du convertisseur de tension en demi-pont 25 est stabilisée elle aussi. Les transistors de commutation 48, 49 du convertisseur de tension en demi-pont 25 sont commandés à l'aide du générateur de trains d'impulsions 24 (figure 1), l'entrée de ce générateur 24 étant branchée sur ltenroule- ment 28 du transformateur 26, de manière à obtenir une valeur efficace stable de la tension de chauffage.Le réglage de la puissance hyperfréquence ou micro-ondes est assuré en faisant varier le rapport des intervalles de temps de marche et d'arrêt du magnétron. A cet effet, l'entrée du générateur de trains d'impulsions 18 du régulateur de tension de commande 1 est branchée sur la sortie du sélecteur 20 de régimes de fonctionnement du four, qui permet de faire varier la pério- dicité d'arrivée des trains d'impulsions aux entrées 19, cette périodicité déterminant les régimes de fonctionnement du four a hyperfréquences, par exemple, les régimes suivants: "tiède", "chauffage lent", "décongélation", "mijotage", "ébullition", "cuisson", "friture", "réchauffage", "chauffage rapide",
Lorsque la durée d'action des impulsions de commande aux entres 19 est expirée, les transistors de commutation 40 å 43 du convertisseur de tension en pont 2 se bloquent, ce qui provoque la décharge du condensateur du filtre 7 et la coupure de la tension et du courant anodiques du magnétron 10 lfigu- re 10 1,10m).

En cas de défaillance de la source d'alimentation de chauffage 23 (figure 1) ou en cas de rupture ou de dégradation du circuit de filament (un des principaux types de défaillance des magnétrons), la tension à la sortie du redresseur supple- mentaire 33 s'annule, ce qui provoque le blocage de l'interrupteur commandé 61 (figure 6) dans la demi-période suivante de la tension alternative appliquée à l'entrée du limiteur de courant 35 (grâce à l'annulation du courant traverant l'interrupteur 61). L'interrupteur commandé 61 se bloque et le courant parcourt la résistance 60 qui limite le courant de surcharge et l'augmentation de la tension dans l'espace entre l'anode et la cathode du magnétron 10 en régime de marche à vide. Un tel mode de protection permet d'éviter les défail- lances dues aux claquages provoqués par des surtensions dans le circuit anodique.Ces défaillances provoquent d'ordinaire des pannes irréparables du transformateur, des diodes, des condensateurs et des éléments de structure du dispositif.

On va maintenant examiner plus en détail le fonctionnement du générateur de trains d'impulsions 18 (figure 1).

L'horloge 64 (normalement, un oscilateur à quartz oscillant à une fréquence de 10 à 20 MHz) est branchée sur les compteurs d'impulsions 66t 67 à travers le circuit ET 65, et les sorties des compteurs 66, 67 sont branchées sur les entrées de synchronisation 70, 71 de l'oscillateur 69, également à travers les circuits ET 68, 73. Un signal est élaboré, à la sortie du circuit. ET 72, lorsque ses entres reçoivent simultanément un signal en provenance du sélecteur de régimes de fonctionnement du four et un signal en provenance de la source d'alimentation de chauffage, après le réchauffage complet de la cathode du magnétron. Le signal délivré par la sortie du circuit ET 72 arrive aux deuxièmes entrées des circuits ET 65, 68 et 73, et débloque ces circuits et les impulsions élaborées par l'hor- loge 64 sont adressées aux compteurs d'impulsions 66, 67, puis aux entres de synchronisation 70, 71 de l'oscillateur 69 et un train d'impulsions commence à se former. Lorsque le signal à l'une des entrées du circuit ET 72 est nul, les compteurs 66, 67 sont débranchés de l'horloge 64 et des entrées de synchronisation 70, 71 de l'oscillateur 69 par les circuits ET 65, 68, 73. Le dernier état des compteurs d'impulsions 66, 67 est enregistré.Dès que des signaux apparaissent aux deux entrées du circuit ET 72, le comptage reprend dans les compteurs d'impulsions 66, 67 et un train d'impulsions est formé à la suite du train précédent (figure 11). Un tel mode de réalisation du générateur de trains d'impulsions 18 permet d'égaliser les surfaces des parties positives (S+) et des parties néga- tives (S~) des demi-périodes et d'éviter des sautes de courant au cours de l'une des demi-périodes initiales du train d'impulsions en cours de formation et donc d'éviter des sautes de tension a l'inductance 39 et 11 instabilité de fonctionnement du régulateur de tension anodique 1 et de la source d'alimen- tation de chauffage 23.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1.- Dispositif de réglage de la puissance d'un magnétron de four ménager à hyperfréquences ou "micro-ondes" comprenant un régulateur de tension anodique du magnétron, dont la sortie est branchée sur le circuit anodique du magnétron, et une source de tension de chauffage du magnétron, dont la sortie est branchée sur un filament du magnétron, caractérisé en ce que le régulateur de tension anodique (1) comprend, montés en série, un convertisseur de tension continu-alternatif en pont (2) dont une entrée (3) sert d'entrée d'alimentation du régulateur de tension anodique (1), un transformateur (4), un redresseur (6) et un filtre (7), dont la sortie constitue une première sortie du régulateur de tension anodique (1) destinée à être branchée sur le circuit anodique (9) du magnétron, et comprend également une diode (21) dont l'entrée est reliée à une entrée d'alimentation (3) du régulateur de tension ano- dique (1) et dont la sortie constitue une deuxième sortie du régulateur de tension anodique (1), et comprend également, montés en série, une source de courant continu (11), un dispositif de pilotage de l'amplitude du courant (13) dont une entrée de commande (14) est branchée sur la sortie du filtre (7), et un élément magnétique saturable (16), dont la sortie est reliée à un enroulement primaire (17) du transfor- mateur (4), ainsi qu'un générateur (18) de trains d'impulsions de commande du régulateur de tension anodique, dont l'entrée est reliée à la sortie d'un sélecteur (20) de régime de fonctionnement du four à hyperfréquences et dont la sortie est branchée sur les entrées de commande (19) du convertisseur en pont (2), en ce que la source d'alimentation de chauffage (23) du magnétron comprend, montés en série, un convertisseur de tension continu-alternatif en demi-pont (25) dont une entrée d'alimentation est branchée sur une deuxième sortie du régu- lateur de tension anodique (1), et un transformateur (26) à au moins deux enroulements secondaires (28 et 29) et dont les bornes. de l'enroulement secondaire (29) constituent la sortie de la source d'alimentation de chauffage (23), destinée à être branchée sur le filament (32) du magnétron (10), cette source (23) comprenant également un générateur (24) de trains d'impulsions de stabilisation de la tension de chauffage dont l'entrée est reliée à un enroulement secondaire (28) du transformateur (26) de la source d'alimentation de chauffage (23) et dont les sorties sont branchées sur des entrées de eom- mande (31) du convertisseur en demi-pont (25), et en ce qu1en outre, le dispositif de réglage comprend, montes en sérier un redresseur d'alimentation (36), dont l'entrée sert d'entrée d'alimentation au dispositif, un limiteur du courant de démar- rage (35), un filtre capacitif (38) et une inductance (39), dont la sortie est branchée sur l'entrée d'alimentation (3) du régulateur de tension anodique (1).

2.- Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que l'élément magnétique saturable (16) comprend des noyaux toriques (52, 53) disposés de manière coaxiale, un enroulement de commande (54) dont les spires entourent simultanément les deux noyaux toriques (52 et 53), et un enroulement de travail (55) réalisé en deux demi-enroulements (55' et 55") branchés en opposition et disposés chacun sur un noyau torique (52, 53) distinct.

3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément magnétique saturable (16) est réalisé sous la forme d'un noyau torique (56) comportant une cavité annulaire (57) coaxiale et deux enroulements (59 et 58), respectivement de travail et de commande, l'enroulement de commande (58) étant disposé dans la cavité annulaire (57) de manière coaxiale par rapport a celle-ci, alors que ltenrou- lement de travail (59) est enroulé extérieurement sur le noyau torique 156) de telle façon que les plans de ses spires soient perpendiculaires aux plans des spires de l'enroulement de commande (58).

4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à-3, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage de l'amplitude du courant (13) comprend un transistor de puissance (84) dont l'entrée et-la sortie constituent, respectivement, l'entrée (12) et la sortie du dispositif de pilotage de l'amplitude du courant (13), et comprend également, montés en série, un circuit comparateur (85) dont l'une des entrées constitue l'entrée de commande (14) du dispositif de pilotage de 1'am- plitude du courant (13), alors que l'autre entrée est reliée à la sortie d'une source de tension de référence (86), et un amplificateur à courant continu (87) dont la sortie est reliée à l'entrée de commande du transistor de puissance (84).

5.-Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le générateur de trains d'impulsions de commande (18) comprend, montés en série, une horloge (64), un circuit ET (65), un compteur d'impulsions (66), un compteur d'impulsions (67), un circuit ET (68), un oscillateur (69) avec des entrées de synchronisation (70, 71) et dont la sortie constitue la sortie du générateur de trains d'impulsions (18), --ainsi qu'un circuit ET (72) dont la sortie est reliée à des deuximèmes entrées des circuits ET (65 et 68) et une entrée constitue l'entrée de commande du générateur de trains d'impulsions (18), un circuit ET (73) dont les entrées sont branchées, respectivement, sur les sorties du compteur dlimpul- sions (671 et du circuit ET (72) et dont la sortie est reliée à l'entrée (71) de l'oscillateur (69).