Brevet FR2180442A1 — publié le 19731130

L'invention se rapporte aux dispositifs de chauffage par hyperfréquence dans lesquels les hyperfrhquences sont engendrées au moyen d'un magnétron. Un dispositif de ce genre utilise normalement un bloc d'alimentation haute tension comportant un transformateur secteur > haute réactance pour fournir le courant haute tension du magnétron. L'inductance de fuite secondaire du transformateur est largement compense par un condensateur connecté en série avec la charge ou monté en shunt sur le secondaire du transformateur ou par ces deux types de montage. L'objet de la présente invention est de fournir un bloc d'alimentation haute tension amélioré pour les dispositifs de chauffage par hyperfréquences engendrées par magnétron et comportant un moyen simple de contrtle de la puissance de sortie. Ainsi, l'invention fournit un dispositif de chauffage par hyperfréquence comportant un magnétron générateur d'hyperfréquences et par conséquent un bloc d'alimentation haute tension, le bloc d'alimentation comportant un transformateur secteur à haute réactance, incluant un condensateur connecté pour compenser l'inductance de fuite du transformateur, une résistance étant connectée en série avec 1 'enroulement primaire du transformateur. La résistance possède avantageusement un interrupteur connecté en parallèle avec elle de façon que la résistance puisse autre mise en circuit ou entre court-circuitée à volonté, la résistance pouvant encore etre une résistance variable. Selon une explication théorique reconnue du fonctionnement de l'invention discutée ci-après, la valeur désirée de la résistance série est telle qu'elle provoque un accroissement de l'inductance de fuite du transformateur de telle sorte qu'avec le condensateur de compensation mentionné ci-dessus, la fréquence de résonance est réduite au-dessous de la fréquence d'alimentation du secteur. Afin que l'invention puisse autre aisément mise en pratique, on décrira maintenant en détail les arrangements déjà connus et, å titre d'exemple, un mode de réalisation de la présente invention en se référant au dessin annexé dans lequel La figure 1 est le schéma des circuits d'un bloc d'alimentation haute tension pour magnétron dans lequel un condensateur est connecté en série avec la charge du bloc d'alimentation, la figure 2 est le schéma des circuits d'une forme simplifiée du bloc d'alimentation représenté à la figure 1, la figure 3 est le schéma des circuits d'une autre forme du bloc d'alimentation représenté à la figure 2, et la figure 4 est le schéma des circuits d'un mode de réalisation de la présente invention. Toutes les figures 1 à 4 représentent un arrangement d'alimentation en courant haute tension d'un magnétron comportant un transformateur secteur 1 avec ses enroulements primaire et secondaire, 2 et 3 respectivement. L'enroulement primaire est alimenté à partir de la source de courant secteur reliée aux bornes 4 et 5. L'inductance de fuite de l'enroulement secondaire du transformateur 1 est représentée par l'inductance 6. Dans tous les arrangements de circuits des figures 1 à 4, la tension de l'enroulement du secondaire 3 est appliquée a un redresseur et le courant redressé est transmis au magnétron 13. Le magnétron 13 est mis à la terre par la borne 14. Dans l'arrangement de la figure 1, on utilise un montage redresseur en pont comprenant les redresseurs 9, 10, 11 et 12. Dans l'arrangement de la figure 2, on utilise un redresseur en vue du redressement d'une seule alternance. Les arrangements des figures 3 et 4 utilisent un arrangement redresseur doubleur de tension comportant des condensateurs 7 et 8 et des redresseurs 9 et 10. Dans les arrangements des figures 1 et 2, l'inductance de fuite 6 du transformateur 1 est largement compensée au moyen du condensateur 7. Dans les arrangements des figures 3 et 4, les condensateurs 7 et 8 montés en doubleur de tension shuntent alternativement l'enroulement secondaire 3 du transformateur selon que les redresseurs 9 ou 10 sont conducteurs et servent au méme but que le condensateur 7 des figures 1 et 2. En ce qui concerne les fours à hyperfréquence appliqués au chauffage de la nourriture, c'est une nécessité fonctionnelle que de réduire la sortie des hyperfréquences transmises à la nourriture chauffée dans le four lorsque l'on chauffe seulement de faibles quantités de nourriture. Dans les blocs d'alimentation haute tension connus, de la forme représentée aux figures 1, 2 et 3, cette exigence n'est satisfaite qu'au prix de difficultés considérables et coateuses. Dans les blocs d'alimentation de la forme représentée aux figures 1, 2 et 3, la méthode utilisée la plus commune pour réduire la puissance de sortie de chauffage a été de diminuer la valeur du condensateur 7 ou des condensateurs 7 et 8 de la figure 3 par commutation des condensateurs. Cette méthode de contre du chauffage par commutation des condensateurs est coateuse. Elle nécessite un condensateur 7 ou des condensateurs 7 et 8 que lton dispose en deux séries de façon qu'une dlelles puisse autre mise hors circuit et elle implique en outre l'utilisation de commutateurs capables de résister à une tension élevée de quelques 4.000 volts. Afin d'éviter la création de pointes de tension au cours d'une telle coxmutation des condensateurs, on profère habituellement interrompre l'alimentation du primaire au transformateur 1 tandis qu'on effectue la commutation des condensateurs puis on reconnecte l'alimentation du primaire. Cette méthode implique alors une nouvelle complication, soit de fonctionnement, soit du mécanisme de commutation. Une alternative de la méthode de commutation des condensateurs décrit ci-dessus et consistant en un régulateur d'énergie de forme connue procurant un intervalle du temps contrtlable de la commutation en ou hors circuit de l'alimentation secteur du transformateur 1, peut entre utilisée. Plus grand est le temps d'excitation du magnétron, plus grande est l'énergie calorifique totale qui est appliquée au four. Cependant, cette alternative souffre d'un sérieux inconvénient. L'alimentation haute tension du magnétron peut dans ce cas être commutée en ou hors circuit à intervalle variable, par exemple entre 5 et 20 secondes. Chaque fois que la source d'alimentation du magnétron est commutée en ou hors circuit, la tension du filament du magnétron doit autre commutée pour crotte ou diminuer dtune façon correspondante car, au cours du fonctionnement du magnétron, le filament du magnétron subit un bombardement de réaction provoquant une élévation de la température du filament proportionnelle au courant du magnétron. En conséquence, la durée de vie du filament de tungstène d'un magnétron type serait grandement réduite. Cette alternative n'est donc réellement possible que lorsque le magnétron utilise une cathode à chauffage lent compensé possèdant une grande inertie thermique. Etant donné que les utilisateurs de fours à hyperfréquence ne peuvent pas attendre une période de quelques trois minutes nécessaire pour chauffer ce type de cathode de magnétron et pour disposer de 11 énergie de sortie sous forme dthyperfréquence fournie par le magnétron, cette alternative est cependant exclue en raison de ces motifs. I1 n'est pas possible avec les arrangements des blocs d'alimentation représentés aux figures 1, 2 et 3, de réduire d'autre part la puissance du magnétron par la réduction de la tension aux bornes 4 et 5. Ce type de circuit avec un transformateur à haute réactance de fuite compense dans une certaine mesure la variation de la tension d'alimentation, de sorte que le courant haute tension redressé et la puissance de sortie du magnétron est seulement faiblement réduite par une faible réduction de la tension d'alimentation. On a trouvé, à l'aide de mesures, qutun bloc d'alimentation conçu pour une alimentation normale du secteur en tension alternative de 240 volts, 50 périodes, et pour délivrer une alimentation haute tension de 6 KV a 450 milliampères, continue à fournir sensiblement la meme sortie pour de plus basses tensions d'alimentation : de 200 volts ou méme 190 volts. Un bloc d'alimentation type de cette forme stabilise le courant de sortie dans une zone de tension d'alimentation de 240 volts à 200 ou 190 volts, par une variation de tension d'alimentation d'environ 2 milliampères par volt. Si la tension d'alimentation est encore réduite, la sortie du courant haute tension tombe rapidement. A titre d'exemple de ce nouvel effet, une série de résistances de valeurs croissantes sont insérées dans le circuit de 11 enroulement primaire 2 du transformateur 1 d'un bloc alimentation type de la forme de la figure 3. Les valeurs représentées dans le tableau suivant ont été obtenues Le mot "Résistance" désigne la valeur en ohms de la résistance en série dans le primaire, le mot "Tension" la tension résultante apparaissant aux bornes de l'enroulement primaire 2 et le mot "Courant" la sortie de courant en milliampères de l'enroulement secondaire 3. Résistance - Tension Courant 7 179 250 9 178 210 11 177 160 13 176 110 Dans les mesures ci-dessus, la résistance série insérée occupait la position de la résistance 15 de la figure 4. On a noté en outre au cours de ces mesures que la variation de la tension d'alimentation aux bornes 4 et 5, audessous de la valeur nominale de 240 volts entraSnait une réduction sensiblement faible du courant de sortie. A l'intérieur de la zone de travail normale de la tension dlalimentation de 240 volts a 200 volts et de la sortie du courant nominale de 450 milliampères, la sortie du bloc d'alimentation était stabilisée par une variation de tension de 2 milliampères par volt. Dans des conditions d'alimentation en faible courant avec une valeur de la résistance en série de 7 ohms et un courant de sortie de 250 milliampères, la sortie du bloc d'alimentation était stabilisée par une variation de la tension d'alimentation de 4 milliampères par volt. Cette stabilisation est bien meilleure que pour les mimes tensions de l'enroulement primaire sans la présence de la résistance série. La figure 4 représente l'arrangement de circuit d'un bloc d'alimentation saute tension selon l'invention qui est en général d'une forme similaire à l'arrangement de la figure 3 et possède une résistance série 15 d'une valeur de 7 ohms connectée en série avec l'enroulement primaire 2 et la borne 4. La résistance 15 est commutée, en ou hors circuit, par l'interrupteur 16 monté en court-circuit. Lorsque l'interrupteur 16 est fermé, le bloc d'alimentation fournit un courant de sortie de 450 milliampères stabilisé par une variation de tension d'alimentation aux bornes 4 et 5 de 2 milliampères par volt. Lorsque l'interrupteur 16 est ouvert, le bloc d'alimentation fournit un courant de sortie de 250 milliampères stabilisé par une variation de la tension d'alimentation aux bornes 4 et 5 de 4 milliampères par volt. La valeur choisie pour la résistance 15 dépend des caractéristiques du transformateur 1, de l'inductance de fuite 6, des valeurs des condensateurs 7 et 8 et, à un degré limité, des autres caractéristiques du bloc d'alimentation. La valeur requise peut etre déterminée empiriquement. Elle est telle que la tension à travers l'enroulement primaire 2 est plus faible que la tension de fonctionnement normale mais reste encore a l'intérieur dlune zone pour laquelle le bloc d'alimentation est stabilisé convenablement. Cette valeur est en outre dans la région où le courant de sortie tombe rapidement avec la chute de tension primaire, comme l'indique le domaine de tension de 179 à 176 volts de ltenroulement primaire, représenté dans le tableau donné ci-dessus pour exemple du bloc d'alimentation choisi. I1 est naturellement connu, dans de nombreux arrangements de circuits, de réduire la tension aux bornes d'une charge par l'insertion d'une résistance série entre la charge et la source de tension. I1 est également connu de stabiliser dans certaines limites la tension à travers une charge parcourue par un courant variable par l'inclusion d'une resistance série. Le circuit de la présente invention fonctionne différemment de ces arrangements connus comme l'indique le tableau donné ci-dessus. On pense que l'efficacité de l'invention est dAe à la variation de la fréquence de résonance du secondaire du transformateur à haute réactance dont la fréquence est déterminée principalement par les valeurs de l'inductance de fuite 6 et des condensateurs 7 et 8, figure 3, lorsque la résistance en série est incluse dans le circuit. Un bloc d'alimentation due forme connue a des constantes de circuit telles que la fréquence de résonance est un peu plus grande que la fréquence de l'alimentation secteur. Le fonctionnement de stabilisation du circuit est alors le suivant Si la tension d'alimentation tombe, la saturation magnétique du noyau du transformateur est réduite, l'inductance de fuite est par conséquent accrue, la fréquence de résonance est réduite de sorte quelle est plus proche de la fréquence d'alimentation, la réactance du secondaire du transformateur est réduite et le courant secondaire est accru compensant de la sorte, dans une certaine limite, la chute de tension de l'alimentation. Dans le circuit selon l'invention, la résistance série 15, figure 4, possède une valeur telle qu'on pense que le flux du circuit magnétique du noyau du transformateur est réduit et que l'inductance de fuite est de la sorte accrue suffisamment pour décaler la fréquence de résonance vers une fréquence effectivement au-dessous de la fréquence d'alimentation. Ceci diffère du circuit connu dans lequel la fréquence de résonance varie comme expliqué ci-dessus mais reste toujours au-dessus de la fréquence d'alimentation. Dans ces conditions, lorsque la résonance du transformateur s'établit en dessous de la fréquence d'alimentation, le fonctionnement est le suivant Si la tension d'alimentation tombe, la saturation du noyau du trans formateur est réduite ; la réactance de fuite croit et la fréquence de résonance tombe encore au-dessous de la fréquence d'alimentation. Cet effet tend à réduire encore la sortie du courant secondaire. Cependant, la résistance série elle-mtme fournit maintenant un effet de stabilisation. Si la tension d'alimentation tombe, le courant primaire tombe mais la chute de tension à travers la résistance série tombe également.Ceci tend à accrottre la chute de tension à travers le primaire du transformateur et de ce fait le courant primaire, à réduire la réactance de fuite, à maintenir la résonance proche de la fréquence d'alimentation et de la sorte à maintenir le courant de sortie dans des limites plus étroites que si la résistance en série n'était pas présente. Avec un bloc d'alimentation comportant des constantes du circuit types, l'inclusion d'une résistance d'une valeur de 7 ohms en série dans le circuit primaire du transformateur fournit un contrale satisfaisant de l'alimentation, les valeurs satisfaisantes de la résistance pouvant varier d'environ 5 ohms à environ 15 ohms. On voit que l'invention procure un bloc d'alimentation gracie auquel la sortie de chauffage du magnétron peut autre réduite par simple commutation de sorte que, si on le désire, la sortie peut autre réduite par paliers par la commutation de résistances en série de différentes valeurs et grtce auquel on introduit un nombre considérable de points de stabilisation du courant de sortie lors de la variation de la tension d'alimentation du secteur. REVENDICATIONS 10) Dispositif de chauffage par hyperfréquence comportant un magnétron générateur d'hyperfréquence et un bloc d'alimentation haute tension, le bloc d'alimentation comportant un transformateur à haute réactance de l'alimentation secteur et comportant un condensateur connecté pour compenser l'inductance de fuite du transformateur, une résistance étant connectée en série avec ltenrou- lement primaire du transformateur. 2 ) Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 1 dans lequel un interrupteur est connecté en parallèle avec la résistance de sorte que la résistance peut etre mise en circuit ou entre mise hors circuit à volonté. 3') Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 1 dans lequel la valeur de la résistance est variable. 40) Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 1 dans lequel l'inductance de fuite du transformateur et ledit condensateur résonnent ensemble à une fréquence supérieure à celle de la fréquence d' alimen- tation secteur, en absence de toute résistance en série dans le primaire du transformateur, ladite résistance en série ayant une valeur telle que l1induc- tance de fuite croit à une valeur entraSnant la résonance avec ledit condensateur à une fréquence en-dessous de la fréquence de l'alimentation secteur. 5.) Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 4 dans lequel l'enroulement primaire du transformateur est connecté à une source de tension de 200 à 240 volts, la valeur de la résistance étant telle que la tension à travers l'enroulement primaire du transformateur tombe en dessous de 180 volts. 6 ) Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 1 dans lequel la résistance en série possède une valeur située entre 5 et 15 ohms. 7 ) Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 6 dans lequel la résistance en série a une valeur de 7 ohms. 8 ) Dispositif de chauffage par hyperfréquence tel que revendiqué en 1 dont la résistance montée en série dans le circuit primaire comporte en parallèle avec elle un interrupteur et dont le magnétron est connecté à la sortie dtun doubleur de tension composé de deux condensateurs possèdant une borne commune connectée 3.une borne de l'enroulement secondaire, l'autre borne de chaque condensateur étant connectée respectivement a l'entrée et à la sortie de deux redresseurs reliés à 11 autre borne du secondaire.