Устройство для регулирования мощности магнетрона свч-печи

 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в установках малой мощности для испарения жидких смесей, диэлектрической термообработки и обеспечения заданной влажности среды. Цель изобретения - повышение КПД и эксплуатационной надежности. Для этого устройство для регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи содержит регулятор 1 анодного напряжения магнетрона 8, состоящий из выпрямителя 6, емкостного фильтра 7, диода 9, магнитного насыщающего эл-та 10, мостового трансформаторного преобразователя 12 напряжения, формирователя 13 тока и формирователя 15 пакетов импульсов, источник 2 питания накала, состоящий из полумостового трансформаторного преобразователя 14 напряжения и формирователя 16 пакетов импульсов, сетевой выпрямитель 3, емкостной фильтр 4, дроссель 5 и ограничитель 17 пусковых токов, состоящий из резистора 18, ключа 19 и выпрямителя 20. Цель достигается за счет обеспечения защиты, позволяющей устранить отказы и развитие лавинообразных отказов, возникающих за счет резкого увеличения напряжения анода. Устройство по п.п. 2 - 6 ф-лы отличается выполнением ограничителя 17, эл-та 10 и формирователей 13, 15 и 16. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (192 (112 (51) 5 Н 05 В 6/68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Се э

221212

И211

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3990846/09 (22) 27. 12. 85 (46) 30. 12, 90. Вюл. 11 48 (72) Ю.А.Спиридонов и В,И.Хандогин (53) 621.365.5 (088.8) (56 ) Бацев П. В. Системы автоматического управления современных промьыленных установок СВЧ-нагрева. Ч. III анализ режимов работы двухчастотного магнетрона в современных. источниках

СВЧ-энергии для промышленного нагрева,, — Электронная техника. Сер, Электронике СВЧ, 1984„ вып. 5, с. 50-54.

Молохов N.Í., Маслаков И.Д. Регулируемый стабилизатор выходной мощности магнетрона. — Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1981, вып. 4, с. 56-58.

2 (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕ ГУЛИРОВЛНИЯ МОЦ1НОСТИ МАГНЕТРОНА СВЧ-ПЕЧИ

1 (57) Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в установках малой мощности для испарения жидких смесей, диэлектрической термообработки и обеспечения заданной влажности среды. Цель изобрете" ния — повышение КПД и ксппуатационной надежности. Для этого устройство для регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи содержит регулятор 1 анодного напряжения магнетрона 8, состоящий из выпрямителя 6, емкостного фильтра 7, диода 9, магнитного насыщающего эл-та 10, мостового трансформаторного преобразователя 12 напряжения, формирователя 13 тока и

3 !61

1, формирователя !5 пакетов импульсов

;источник 2 питания накала, состоя-щий из полумостового трансформаторного преобразователя 14 напряжения и формирователя !6 пакетов импульсов, сетевой выпрямитель 3, емкостной фильтр 4, дроссель 5 и ограничитель

17 пусковых токов, состоящий из резистора 18, ключа 19 и выпрямителя

7672

20. Цель достигается путем обеспече-. ния защиты, позволяющей устранить отказы и развитие лавинообразных отказов, возникающих вследствие резкого увеличения напряжения анода. Устройство rio пп. 2-6 ф-лы отличается выполнением ограничителя !7, эл-та 10 и формирователей 13, 15 и 16. 5 з.п. ф-лы, б ил.

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к СВЧ-установкам, обеспечивающим нагрев диэлектрических материалов„ Наиболее предпочтительной областью применения является СВЧ-электроника, коммунально-бытового и хозяйственного назначения и

Промышленные установки малой мощности для испарения жидких смесей, диэ" .Пектрической термообработки, обеспечения заданной влажности среды.

Цель изобретения — повышение КПД и эксплуатационной надежности.

На фиг, 1 приведена структурная электрическая схема устройства для .":егулирования мощности магнетрона

СВЧ-пепл; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема ограничителя пусковых токов; на фиг. 3 - конструкция магнитного насыщающего элемента; на фиг. 4 — то же, вариант конструкции; .а фиг, 5 — структурная электричесг ая схема формирователя тока; на

«1иг. б - то же, формирователя пакет а импульсов.

Устройство для регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи содержит регулятор 1 анодного напряжения магнетрона и источник 2 питания накала, сетевой выпрямитель 3 и емкостной 15 фильтр 4, дроссель 5, выпрямитель 6 и емкостной фильтр 7, магнетрон 8, диод 9> магнитный насыщаюший элемент

10, управляющая обмотка которого подключена параллельно первичной обмотке трансформатора 11 мостового трансформаторного преобразователя 12 на" пряжения, формирователь 13 тока, полумостовой трансформаторный преобразователь 14 напряжения, формирователи

15, 16 пакетов импульсов, ограничитеаь, 55

17 пусковых токов, выполненный в виде параллельного соединения резистора 18 и ключа 19, выпрямитель 20.

Магнитный насыщающий элемент 10 может быть выполнен на двух тороидальных сердечниках 21 и имеет рабочую.обмотку 22 и обмотку 22 управления. Рабочая обмотка 22 выполнена в виде двух последовательных встречно включенныхх полуоб моток.

Магнитный насыщающий элемент 10 может быть выполнен в виде броневого сердечника 23, обмотки 24 управления, размещенной внутри броневого сердечника 23 и намотанной на керн 25, и рабочей . обмотки, намотанной поверх броневого сердечника 23 и керна 25.

Формирователь 13 тока выполнен в виде силового транзистора 26, управляющий электрод которого через усилитель 27 постоянного тока подключен к выходу блока 28 сравнения, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения (не показан).

Формирователь 15 (16) пакетов импульсов выполнен в виде генератора

29 тактовых импульсов; счетчиков 30, 31, четырех блоков 32-35 совпадения и автогенератора 36 с синхровходами:.

Формирователь 13 тока соединен с ис" точником 37 постоянного тока.

Устройство регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи работает следующим образом.

В режиме стабилизации рабочей точки магнетрона 8 при изменении входного напряжения питания формирователи

15-16 пакетов импульсов формируют бесконечно длинные пакеты импульсов. При подключении устройства к сети переменного «ока бытового назначения (220 В + 1О, 50 Гц) сетевой выпрямитель 3 выпрямляет это напряжение, которое имеет форму (/sin х/) с амплитудой 310 В (220 42). Затем это напряжение фильтруется энергоемким емкостным фильтром 4, причем номинал

5 16176 конденсаторов этого фильтра выбирается таким, чтобы величина пульсаций

dU, не превьш ала 2-53 ст амплитудного (выпрямленного) значения, Поскольку величина емкостей конденсаторов ем5 костного фильтра 4 значительна, то для предохранения потребителя от излишних бросков тока в бытовой сети, которые могут быть причиной пожара или сбоев в работе других электро- и радиоприборов (например, сбой кадровой развертки у телевизионных приемников), между сетевым выпрямителем

3 и емкостным фильтром 4 включен QI раничитель 17 пусковых токов, В первый момент времени заряд конденсаторов емкостного фильтра 4 осуществляется через балластный резистор, а по истечении определенного времени (обыч- 20 но не более 1 с) управляемый ключ закорачивает балластный резистор.

Постоянное напряжение с емкостного фильтра 4 через дроссель 5 поступает на вход регулятор а 1 анодного 25 напряжения магнетрона 8. Этот регуля.— тор выполнен на мостовом трансформаторе преобразователя 12 напряжения, на входы управления с формирователя 15 пакета импульсов поступает бесконеч- 30 но длинный пакет импульсов (прямоугольное напряжение "меандр").

Через формирователь 13 тока и управляющую обмотку магнитного насыщающего элемента 10 протекает ток, вызы35 вающий возникновение поперечной индукции.

При отсутствии тока через формирователь 13 тока индукция в сердечнике будет изменяться от -Вь до +Вр, где 40 (B1,!! (B . При появлении тока через обмотку управления магнитного насыщающего элемента 10 часть полупериода индукция в сердечнике постоянна и равна В<, т, е. магнитный насыщающий 45 элемент насыщен. В течение этого времени выход мостового трансформаторного преобразователя 12 напряжения за- корочен, но ток через транзисторы не возрастает, так как по цепи питания включен дроссель 5. К дросселю 5 в течение времени tg приложено напряжение Е„„. После переключения транзисторов магнитный насыщающий эле-. мент 10 выходит из режима насыщения, но дроссель 5 инвертирует напряжение. на своей обмотке и согласно с напряжением на емкостном фильтре 4 прикладывает его к входу мостового пре72 6 образователя 2 напряжения. !1ри правильно выбранной величине индуктивности дросселя 5 ток через дроссель

5 должен быть практически постоянным, На вторичной обмотке трансформатора 11 формируются разнополярные импульсы с паузой "на нуле". Затем эти импульсы выпрямляются выпрямителем

6 и фильтруются емкостным фильтром 7.

Емкостной фильтр 7 заряжается до максимального значения. Это напряжение и поступает на анод-катодный промежуток магнетрона 8 и через делитель (элемент согласования) - на управляющий вход формирователя 13 тока. Часть выходного напряжения БА сравнивается с опорным напряжением Уорв блоке 28 сравнения, а сигнал ошибки через усилитель 27 постоянного тока поступает на силовой транзистор 26, который регулирует ток через обмотку 11 управления магнитного насыщающего элемента 10, т. е. образуется система автоматического регулирования, обеспечивающая стабильное напряжение, При уменьшении входного напряжения ток управляющей обмотки увеличивается, следовательно, большее время сердечник магнитного насыщающего элемента 10 находится в режиме насыщения, Аналогично работает магнитный насыщающий элемент 10, выполненньй на двух тороидальных сердечниках, но с той лишь разницей, что индукция от управляющей и основной обмоток располагается в одной плоскости. Поскольку это напряжение будет стабилизнровано, то напряжение на емкостях полумостового преобразователя 14 напряжения будет также стабилизиро вано, отсечку напряжения при насыщении магнитного насыщающего элемента 10 обеспечива-ет диод 9. Транзисторы полумостового преобразователя 14 напряжения управляются от формирователя 16 пакета импульсов, причем вход формирователя подключается. к датчику действующего значения так, чтобы обеспечить стабильное действующее значение напряжения накала, которое снимается с вторичной обмотки трансформатора полумостового трансформаторного преобразователя 26 напряжения. Регулирование СВЧ-мощности обеспечивается изменением скважности работы магнетрона при периоде работы равном 32 с.

Для этого вход формирователя 15 пакета импульсов цодключается к выходу

1617672 электронного блока управления "Электроника СП-03", который формирует паке-. ты импульсов со скважностъю, определяющей режимы; "Тепло", "Магп и наг"Кипячение", "Выпечка."„ "Щарение", "Подогрев", "Быстрый нагрев".

При окончании пачки импульсов закрыв ают ся тр анз исторы мо сто во ro тр ан- l ð сформатоного преобразователя 12 нап.ряжения, что приводит к разряду конденсатора фильтра 7 и пропаданию ь анодного напряжения и тока магнетрона

8. При наличии управляющих импульсов дроссель 5 периодически заряжает и разряжает анодную и накальную цепи магнетрона 8, однако при выключении мостового трансформаторного преобразователя 12 цепь разряда дросселя 5 от-" 20 ключается и вся запасенная энергия дросселя 5 через диод 9 поступает в

Конденсаторы полумостового трансформаторного преобразователя 14 напряжения. 25

Выбором величин емкостей конденсаторов полумостового трансформаторного преобразователя 14 можно обеспечить (U не более 10-15Х. После разряда индуктивности дросселя 5 в период за- 30 крытого состояния мостового трансформаторного преобразователя 12 на входе полумостового трансформаторного преобразователя 14 установится напряже-. ние, равное величине Е, Изменение

)," напряжений на входе в процессе паузы отрабатывается обратной связью формирователем 15 пакета импульсов. При4ем частота 1/Т<з может быть вьппе частоты 1/Т< регулятора 1, а период 40 пачек импульсов определяется инерционностью нити накала магнетрона 8„

° .

В аварийном режиме в первый момент включения заряд конденсаторов фильтра 4 осуществляется через резис" 45 тор 18 ограничителя 17 пусковых токов, затем.— после начала процесса преобразования — полумостовым транс" форматорным преобразователем 14 напряжения. Напряжение с дополнительной 50 обмотки трансформатора через выпрями- тель 20 поступает на управляющий электрод тиристора ограничителя 17 пусковых токов. Тиристор открывается и шунтирует(, балластный резистор заря- 55 да конденсаторов фильтра 4. Мощность

1 первичного источника питания беспре пятственно начинает поступать через преобразователи и регуляторы в анодную и накальную цепи магнетрона 8.

При отказе источника питания накала, разрушении или перегорании накала напряжение на выходе дополнительного выпрямителя 20 пропадает, что, в свою очередь, приводит к запиранию тиристора в первый ближайший полуперибд переменного напряжения (за счет уменьшения тока через тиристор до нуля), Тиристор з акрыв ается, подключае гся балластный резистор 18, ограничивающий ток перегрузки и развитие высоковольтного напряжен .я на анод-катодном промежутке в режиме холостого хода. Такая защита позволяет устранить отказы и развитие лавинообразных отказов за счет резкого увеличения напряжения анода, что вызывает междуэлектродные и другие типы пробоев, которые приводят к невосстанавливаемым отказам трансформаторов, диодов, конденсаторов. Конструкция устройства обеспечивает электропрочность в рабочем режиме.

Формула из обр етения

1. Устройство для регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи, содержащее регулятор анодного напряжения, ограничитель пусковых токов и источник питания накала, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД и эксплуатационной надежности, регулятор анодного напряжения состоит из последовательно соединенных мостового трансформаторного преобразователя, вход которого является входом регулятора анодного напряжения, выпрямителя и фильтра, выход которого является первым выходом регулятора,анодного напряжения, диода, вход которого подсоединен к выходу мостового трансформаторного преобразователя напряжения, а выход является вторым выходом регулятора анодного напряжения, последовательно соединенных формирователя тока, вход которого соединен с выходом введенного источника постоянного тока, а управляющий вход является входом для подсоединения анода магнетро..а,магнитного насыщающего эле мента, включенного параллельно первичной обмотке трансформатора мостового трансформаторного преобразователя напряжения, и первого формирователя пакета импульсов, выход которого соединен с управляющим входом мостового трансформа° 1617672 торного преобразователя напряжения, источник питания накала состоит иэ полумостового трансформаторного преобразователя напряжения, вход и выход которого являются соответственно входом и первым выходом источника питания накала, и второго формирователя пакета импульсов, выход которого соединен с управляющим входом полумосто-lo вого трансформаторного преобразовате" ля напряжения, введены сетевой выпрямитель, емкостной фильтр и дроссель, при этом выход сетевого выпрямителя через последовательно соединенные ог- 15 раничитель пусковых токов, емкостной фильтр и дроссель соединен с первым входом регулятора анодного напряжения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что ограничитель пусковых токов выполнен в виде параллельно соединенных резистора и ключа и дополнительного выпрямителя, вклю-.ченного между одной иэ обмоток трансформатора полумостового трансформатор-25 ного преобразователя напряжения и управляющим входом ключа.

3. Устройство по п. 1,. о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что магнитный насыщающий элемент состоит из перво- у1

ro и второго тороидальных сердечников, установленных соосно, обмотки управления, размещенной на первом и втором тороидальных сердечниках, и рабочей обмотки, состоящей иэ двух встречно включеннйх полуобмоток, одна из которых размещена на одном из тороидаль.иых сердечников, а другая — на другом.

4. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ.е е с я тем, что магнитный 40 насыщающий.элемент состоит из броневого сердечника и обмоткиуправления,, размещенной внутри броневого сердечника на керне, и рабочей обмотки, размещенной поверх броневого сердечника и керна.

5. Устройство по п. l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь тока состоит из силового транзистора, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом формирователя тока, и последо" вательно соединенных блока сравнения, один вход которого является управляющим входом формирователя тока, а другой .соединен с выходом введенного источника опорного напряжения, и усилителя постоянного тока, выход которого соединен с управляющим входом силового транзистора.

6, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь пакета импульсов содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый блок совпадения, первый счетчик, второй счетчик, второй блок совпадения, автогенератор с синхровходами, выход которого является выходом формирователя пакета импульсов, третий блок совпадения, выход которого соединен с вторыми входами. первого и второго блоков совпадения, а вход является управляющим входом формирователя пакета импульсов, четвертый, блок совпадения, входы которого подключены соответственно к выходам второго счетчика и третьего блока совпадения, а выход — к второму входу автогенератора с синхровходами, I

1617672

Й

AN ения

)617672

Составитель P Кузнецова

Техред Л,Олийнык Корректор О, Кравцова

Редактор А,Маковская

Заказ 4131 Тираж 679 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101