CN104584683B - 感应加热装置的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感应加热装置的控制装置，能防止在两个感应加热装置之间产生异常互感现象，并能单独控制被加热材料的一侧部与另一侧部的升温量。因此，控制装置包括：主频率控制部，该主频率控制部设定对配置在被加热材料的一侧的主C型感应加热装置进行驱动的主逆变器的工作频率，使得所述主逆变器的输出电压的相位与输出电流的相位同步；从频率控制部，该从频率控制部对配置在所述被加热材料的另一侧的从C型感应加热装置进行驱动的从逆变器的工作频率与所述主逆变器的工作频率同步；从电流相位控制部，该从电流相位控制部使所述从逆变器的输出电流的相位与所述主逆变器的输出电流的相位同步；主电压控制部，该主电压控制部对所述主逆变器的输出电压的脉宽进行设定；以及从电压控制部，该从电压控制部对所述从逆变器的输出电压的脉宽进行设定。

Description

感应加热装置的控制装置

技术领域

本发明涉及感应加热装置的控制装置。

背景技术

以往提出了一种控制装置，该控制装置将配置在被加热材料的两侧部附近的一对感应加热装置与一个电源并联连接。若采用该控制装置，则两个感应加热装置的电流相位同步。因此，不会在两感应加热装置之间产生异常互感现象(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开3156746号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1所记载的两个感应加热装置上施加了相同的电压。因此，无法单独控制提供给各感应加热装置的电力。即，无法单独控制被加热材料的一侧部分与另一侧部分的升温量。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种感应加热装置的控制装置，能防止在两个感应加热装置之间产生异常互感现象，并能单独控制被加热材料的一侧部分与另一侧部分的升温量。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的感应加热装置的控制装置包括：主频率控制部，该主频率控制部设定对配置在被加热材料的一侧的主C型感应加热装置进行驱动的主逆变器的工作频率，使得所述主逆变器的输出电压的相位与输出电流的相位同步；从频率控制部，该从频率控制部使对配置在所述被加热材料的另一侧的从C型感应加热装置进行驱动的从逆变器的工作频率与所述主逆变器的工作频率同步；从电流相位控制部，该从电流相位控制部使所述从逆变器的输出电流的相位与所述主逆变器的输出电流的相位同步；主电压控制部，该主电压控制部对所述主逆变器的输出电压的脉宽进行设定；以及从电压控制部，该从电压控制部对所述从逆变器的输出电压的脉宽进行设定。

发明效果

根据本发明，能防止在两个感应加热装置之间产生异常互感现象，并能单独控制被加热材料的一侧部分与另一侧部分的升温量。

附图说明

图1是利用了本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置的感应加热装置的立体图。

图2是使用了本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置的感应加热装置的感应加热环路的图。

图3是本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置的结构图。

图4是本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置所使用的主侧电路与从侧电路的图。

图5是用于说明本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置所使用的主逆变器与从逆变器的工作的设定步骤的图。

图6是本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置的主侧电路与从侧电路的Q值的图。

图7是本发明的实施方式2的感应加热装置的控制装置的结构图。

图8是用于对本发明的实施方式2的感应加热装置的控制装置的谐振频率进行说明的图。

图9是本发明的实施方式2的相当于图5的图。

图10是本发明的实施方式2的相当于图6的图。

图11是本发明的实施方式3的感应加热装置的控制装置的结构图。

图12是用于对本发明的实施方式3的感应加热装置的控制装置的谐振频率进行说明的图。

图13是本发明的实施方式4的感应加热装置的控制装置的结构图。

图14是本发明的实施方式4的相当于图8的图。

图15是本发明的实施方式5的感应加热装置的控制装置的结构图。

图16是本发明的实施方式5的相当于图12的图。

具体实施方式

根据附图，对用于实施本发明的实施方式进行说明。此外，在各附图中，对于相同或相当的部分标注相同的标号，并适当地简化或省略其重复说明。

实施方式1.

图1是利用了本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置的感应加热装置的立体图。

如图1所示，被加热材料1由入口侧搬送辊2以及出口侧搬送辊3支撑。入口侧搬送辊2的两端部与出口侧搬送辊3的两端部与地线4相连。

被加热材料1的一侧附近配置有主C型加热装置5。主C型加热装置5包括主入口侧C型电感器5a、以及主出口侧C型电感器5b。沿被加热材料1的搬送方向配置主入口侧C型电感器5a和主出口侧C型电感器5b。主入口侧C型电感器5a和主出口侧C型电感器5b的磁通方向彼此相反。

被加热材料1的另一侧附近配置有从C型加热装置6。从C型加热装置6包括从入口侧C型电感器6a、以及从出口侧C型电感器6b。沿被加热材料1的搬送方向配置从入口侧C型电感器6a和从出口侧C型电感器6b。从入口侧C型电感器6a和从出口侧C型电感器6b的磁通方向彼此相反。

主入口侧C型电感器5a和从入口侧C型电感器6a的磁通方向彼此相反。主出口侧C型电感器5b和从出口侧C型电感器6b的磁通方向彼此相反。

若电流流过主入口侧C型电感器5a，则形成入口侧电感磁通。该入口侧电感磁通使得材料电流7a流过被加热材料1。若电流流过主出口侧C型电感器5b，则形成出口侧电感磁通。该出口侧电感磁通使得材料电流7b流过被加热材料1。利用材料电流7a、7b对被加热材料1的一侧部进行加热。

若电流流过从入口侧C型电感器6a，则形成入口侧电感磁通。该入口侧电感磁通使得材料电流7c流过被加热材料1。若电流流过从出口侧C型电感器6b，则形成出口侧电感磁通。该出口侧电感磁通使得材料电流7d流过被加热材料1。利用材料电流7c、7d对被加热材料1的另一侧部进行加热。

此时，在入口侧搬送辊2的一端与主入口侧C型电感器5a附近之间，地线电流8a会流过被加热材料1。在出口侧搬送辊3的一端与主出口侧C型电感器5b附近之间，地线电流8b会流过被加热材料1。在入口侧搬送辊2的另一端与从入口侧C型电感器6a附近之间，地线电流8c会流过被加热材料1。在出口侧搬送辊3的另一端与从出口侧C型电感器6b附近之间，地线电流8d会流过被加热材料1。

在地线电流8a较大的情况下，入口侧搬送辊2的一端与被加热材料1的接触点上会产生电弧9。在地线电流8b较大的情况下，出口侧搬送辊3的一端与被加热材料1的接触点上会产生电弧9。在地线电流8c较大的情况下，入口侧搬送辊2的另一端与被加热材料1的接触点上会产生电弧9。在地线电流8d较大的情况下，出口侧搬送辊3的另一端与被加热材料1的接触点上会产生电弧9。

接下来，利用图2，对防止电弧9产生的方法进行说明。

图2是使用了本发明实施方式1的感应加热装置的控制装置的感应加热装置的感应加热环路的图。

在主侧和从侧形成有第一材料环路电路10、第二材料环路电路11、以及地线环路电路12。

第一材料环路电路10由被加热材料1的入口侧材料电阻R1、以及入口侧材料端部电阻R2构成。第二材料环路电路11由被加热材料1的出口侧材料电阻R3、以及出口侧端部电阻R4构成。地线环路电路12由接地电阻R0、入口侧材料端部电阻R2、以及出口侧材料端部电阻R4构成。

入口侧电感磁通Φ1贯穿第一材料环路电路10。该贯穿产生了入口侧材料电流13。与此相对，出口侧电感磁通Φ2贯穿第二材料环路电路11。该贯穿产生了出口侧材料电流14。

与此相对，在地线环路电路12中，入口侧电感磁通Φ1与出口侧电感磁通Φ2互为反向，且量相同。因此，入口侧电感磁通Φ1与出口侧电感磁通Φ2的合成磁通为零。其结果是，入口侧搬送辊2与地线4之间流过的地线电路15、流过被加热材料1的地线电流15、以及出口侧搬送辊3与地线4之间流过的地线电流15为零。因此不会产生电弧9。即，也不会在入口侧搬送辊2的表面、出口侧搬送辊3额表面、被加热材料1的表面产生电弧击伤。

接着，使用图3说明感应加热装置的控制装置。

图3是本发明的实施方式1的感应加热装置的控制装置的结构图。

图3中，电压型逆变器电源16包括整流器17、平滑电容器18、主逆变器19a、以及从逆变器19b。

整流器17具备对交流电源20进行整流的功能。平滑电容器18具备对整流器17所输出的直流电压进行平滑处理的功能。主逆变器19a与从逆变器19b并联连接。主逆变器19a和从逆变器19b具备对经平滑电容器18平滑后的直流电压进行PWM控制的功能。

电压型匹配装置21包括主匹配变压器22a、主串联谐振电容器23a、主电流检测器24a、主电压检测器25a、从匹配变压器22b、从串联谐振电容器23b、从电流检测器24b、以及从电压检测器25b。

主匹配变压器22a连接在主逆变器19a与主C型加热装置5之间。主串联谐振电容器23a连接在主匹配变压器22a与主C型加热装置5之间。主电流检测器24a连接在主串联谐振电容器23a与主C型加热装置5之间。主电压检测器25a连接在主电流检测器24a与主C型加热装置5之间。

从匹配变压器22b连接在从逆变器19b与从C型加热装置6之间。从串联谐振电容器23b连接在从匹配变压器22b与从C型加热装置6之间。从电流检测器24b连接在从串联谐振电容器23b与从C型加热装置6之间。从电压检测器25b连接在从电流检测器24b与从C型加热装置6之间。

本实施方式中，设置有主频率控制电路(主频率控制部)26、从频率控制电路(从频率控制部)27、从电流相位控制电路(从电流相位控制部)28、主电压控制电路(主电压控制部)29、以及从电压控制电路(从电压控制部)30。

主频率控制电路26具备接受主电流检测器24a的检测器和主电压检测器25a的检测值的反馈来设定主逆变器19a的工作频率的功能。从频率控制电路27具备将由主频率控制电路26设定的主逆变器19a的工作频率设定为从逆变器19b的工作频率的功能。从电流相位控制电路28具备接受主电流检测器24a的检测值与从电流检测器24b的检测值的反馈来设定从逆变器19b的输出电流相位的功能。

主电压控制电路29具备接受来自外部的指令和主电压检测器25a的检测值的反馈来设定主逆变器19a的输出电压的脉宽的功能。从电压控制电路30具备接受来自外部的指令和从电压检测器25b的检测值的反馈来设定从逆变器19b的输出电压的脉宽的功能。

接着，利用图4说明主逆变器19a与从逆变器19b的工作频率。

图4是本发明实施方式1的感应加热装置的控制装置所使用的主侧电路与从侧电路的图。

如图4所示，将主串联谐振电容器23a的静电电容设为Cm，主侧负载电阻设为Rm，负载电感设为Lm。该情况下，主侧电路的谐振频率Fm0由下式(1)表示。

[数学式1]

$\mathrm{Fm}0\left(\mathrm{Hz}\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LmCm}}}---\left(1\right)$

如图4所示，将从串联谐振电容器23b的静电电容设为Cs，从侧负载电阻设为Rs，负载电感设为Ls。该情况下，从侧电路的谐振频率Fs0由下式(2)表示。

[数学式2]

$\mathrm{Fs}0\left(\mathrm{Hz}\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LsCs}}}---\left(2\right)$

若主逆变器19a以谐振频率Fm0工作，则主逆变器19a的功率因数为1。与此相对，若从逆变器19b以谐振频率Fs0工作，则从逆变器19b的功率因数为1。

然而，通常，Fm0与Fs0不同。因此，若主逆变器19a以谐振频率Fm0工作，从逆变器19b以谐振频率Fs0工作，则会在主C型加热装置5与从C型加热装置6之间产生异常互感现象。

为此，本实施方式的控制装置使主逆变器19a的工作频率与从逆变器的工作频率同步。

接着，利用图5说明主逆变器19a与从逆变器19b的工作的设定步骤。

图5是用于说明本发明实施方式1的感应加热装置的控制装置所使用的主逆变器与从逆变器的工作的设定步骤的图。

图5的上段是流过主C型加热装置5与从C型加热装置6的电流的图。图5的中段是主逆变器19a的输出电压的图。图5的下段是从逆变器19b的输出电压的图。

首先，主频率控制电路26将主逆变器19a的工作频率设定为谐振频率Fm0，使得主逆变器19a的功率因数为1。即，对主逆变器19a的工作频率进行设定，从而如图5的上段和中段所示，主逆变器19a的输出电压VIm的相位与输出电流(主电感器电流Im)的相位同步。其结果是，如图5的上段和中段所示，主侧电路的周期时间被设定为t0。

之后，从频率控制电路27设定主侧电路的谐振频率Fm0以作为从逆变器19b的工作频率。其结果是，如图5的下段所示，从侧电路的周期时间也被设定为t0。

之后，如图5的上段所示，从电流相位控制电路28使从逆变器19b的输出电流(从电感器电流Is)的相位与主逆变器19a的输出电流(主逆变器电流Im)的相位同步。其结果是，在主C型加热装置5与从C型加热装置6中，因互感电流产生的脉动电流得以抑制。即，在主C型加热装置5与从C型加热装置6中，因流过过电流引起的故障得以避免。

接着，使用图6说明主侧电路与从侧电路的Q值。

图6是本发明实施方式1的感应加热装置的控制装置的主侧电路与从侧电路的Q值的图。

如图6所示，考虑主侧电路的谐振频率Fm0与从侧电路的谐振频率Fs0之间产生偏差的情况。该情况下，将主逆变器19a与从逆变器19b的工作频率F0设定为主侧电路的谐振频率Fm0。该情况下，主侧电路的Q值Qm0达到主侧电路的Q值曲线Qm上的最大值。因此，能施加给主C型加热装置5的最大功率得以维持。与此相对，从侧电路的Q值Qs0并非从侧电路的Q值曲线Qs上的最大值。因此，能施加给从C型加热装置6的最大功率减少。

根据以上说明的实施方式1，从逆变器19b的输出电流的相位与主逆变器19a的输出电流的相位同步。主逆变器19a与从逆变器19b的输出电压的脉宽被分别设定。因此，能防止在两个感应加热装置之间产生异常互感现象，并能单独控制被加热材料1的一侧部与另一侧部的升温量。

实施方式2.

图7是本发明的实施方式2的感应加热装置的控制装置的结构图。另外，对于与实施方式1相同或相当的部分标注相同的标号，且省略其说明。

实施方式2的控制装置在实施方式1的控制装置中添加了频率同步电容器31、断路器32、从电压相位控制电路33。

从频率同步电容器31在从整合变压器22b与从C型加热装置6之间与从串联谐振电容器23b并联连接。断路器32与从串联谐振电容器23b并联连接，与从频率同步电容器31串联连接。从电压相位控制电路33具备接受从电流检测器24b的检测值和从电压检测器25b的检测值的反馈来打开或关闭断路器32的功能。

接着，使用图8说明从侧电路的谐振频率。

图8是用于对本发明实施方式2的感应加热装置的控制装置的谐振频率进行说明的图。

如图8所示，将从频率同步电容器31的静电电容设为Css。在断路器32闭合的情况下，从侧电路的谐振频率Fs0由下式(3)表示。

[数学式3]

$\mathrm{Fs}0\left(\mathrm{Hz}\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{Ls}(\mathrm{Cs}+\mathrm{Css})}}---\left(3\right)$

接着，利用图9说明主逆变器19a与从逆变器的工作频率的设定步骤。

图9是本发明实施方式2的相当于图5的图。

图9中与图5同样，主逆变器19a的输出电流的相位与从逆变器19b的输出电流的相位同步。之后，从电压相位控制电路33通过断路器32的开闭使从逆变器19b的输出电压的相位与主逆变器19a的输出电压的相位同步。

接着，使用图10说明主侧电路与从侧电路的Q值。

图10是本发明实施方式2的相当于图6的图。

如图10所示，主侧电路的谐振频率Fm0与从侧电路的谐振频率Fs0同步。该情况下，主侧电路的Q值Qm0与从侧电路的Q值Qs0达到最大值。因此，能施加给主C型加热装置5和从C型加热装置6的最大功率得以维持。

根据以上说明的实施方式2，利用断路器32的开闭使从逆变器19b的输出电流的相位与主逆变器19a的输出电压的相位同步。因此，能防止从C型加热装置6的加热效率降低。

实施方式3.

图11是本发明的实施方式3的感应加热装置的控制装置的结构图。另外，对于与实施方式2相同或相当的部分标注相同的标号，且省略其说明。

实施方式3的控制装置将实施方式2的控制装置的断路器32变更为从电压相位控制装置34。

从电压相位控制电路33利用从电压相位控制装置34对施加给从频率同步电容器31的电压进行控制。其结果是，从逆变器19b的输出电压的相位与主逆变器19a的输出电压的相位同步。

接着，使用图12说明从侧电路的谐振频率。

图12是用于对本发明实施方式3的感应加热装置的控制装置的谐振频率进行说明的图。

图12中，通过对施加在从频率同步电容器31上的电压进行控制，使得从侧电路的谐振频率Fs0连续变化。

根据以上说明的实施方式3，能利用从电压相位控制装置34来对施加给从频率同步电容器31的电压进行控制。因此，能可靠地使从逆变器19b的输出电压的相位与主逆变器19a的输出电压的相位同步。

实施方式4.

图13是本发明的实施方式4的感应加热装置的控制装置的结构图。另外，对于与实施方式2相同或相当的部分标注相同的标号，且省略其说明。

实施方式2的控制装置使用了从频率同步电容器31。另一方面，实施方式4的控制装置利用了从频率同步电抗器35。

从频率同步电抗器35与从串联谐振电容器23b串联连接，并与从C型加热装置6并联连接。断路器32与从串联谐振电容器23b以及从频率同步电抗器35串联连接，并与从C型加热装置6并联连接。从电压相位控制电路33具备通过断路器32的开闭使从逆变器19b的输出电压的相位与主逆变器19a的输出电压的相位同步的功能。

接着，使用图14说明从侧电路的谐振频率。

图14是本发明实施方式4的相当于图8的图。

如图14所示，将从频率同步电抗器35的电感设为Lss。在断路器32闭合的情况下，从侧电路的谐振频率Fs0由下式(4)表示。

[数学式4]

$\mathrm{Fs}0\left(\mathrm{Hz}\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{\mathrm{LsLss}}{\mathrm{Ls}+\mathrm{Lss}}\mathrm{Cs}}}---\left(4\right)$

根据以上说明的实施方式4，与实施方式2同样，能防止从C型加热装置6的加热效率降低。

实施方式5.

图15是本发明的实施方式5的感应加热装置的控制装置的结构图。另外，对于与实施方式3相同或相当的部分标注相同的标号，且省略其说明。

实施方式3的控制装置利用了从频率同步电容器31。另一方面，实施方式5的控制装置利用了从频率同步电抗器35。

接着，使用图16说明从侧电路的谐振频率。

图16是本发明实施方式5的相当于图12的图。

图16中，通过对施加在从频率同步电抗器35上的电压进行控制，使得从侧电路的谐振频率Fs0连续变化。

根据以上说明的实施方式5，能利用从电压相位控制装置34对施加给从频率同步电抗器35的电压进行控制。因此，能可靠地使从逆变器19b的输出电压的相位与主逆变器19a的输出电压的相位同步。

工业上的实用性

如上所述，本发明的感应加热装置的控制装置能用于对被加热材料的一侧部和另一侧部的升温量进行单独控制的情况。

标号说明

1 被加热材料

2 入口侧搬送辊

3 出口侧搬送辊

4 地线

5 主C型加热装置

5a 主入口侧C型电感器

5b 主出口侧C型电感器

6 从C型加热装置

6a 从入口侧C型电感器

6b 从出口侧C型电感器

7a～7d 材料电流

8a～8d 地线电流

9 电弧

10 第一材料环路电路

11 第二材料环路电路

12 地线环路电路

13、14 材料电流

15 地线电流

16 电压型逆变器电源

17 整流器

18 平滑电容器

19a 主逆变器

19b 从逆变器

20 交流电源

21 电压型匹配装置

22a 主匹配变压器

22b 从匹配变压器

23a 主串联谐振电容器

23b 从串联谐振电容器

24a 主电流检测器

24b 从电流检测器

25a 主电压检测器

25b 从电压检测器

26 主频率控制电路

27 从频率控制电路

28 从电流相位控制电路

29 主电压控制电路

30 从电压控制电路

31 频率同步电容器

32 断路器

33 从电压相位控制电路

34 从电压相位控制装置

35 从频率同步电抗器

Claims (5)

1.一种感应加热装置的控制装置，其特征在于，包括：

主频率控制部，该主频率控制部设定对配置在被加热材料的一侧的主C型加热装置进行驱动的主逆变器的工作频率，使得所述主逆变器的输出电压的相位与输出电流的相位同步；

从频率控制部，该从频率控制部使对配置在所述被加热材料的另一侧的从C型加热装置进行驱动的从逆变器的工作频率与所述主逆变器的工作频率同步；

从电流相位控制部，该从电流相位控制部使所述从逆变器的输出电流的相位与所述主逆变器的输出电流的相位同步；

主电压控制部，该主电压控制部对所述主逆变器的输出电压的脉宽进行设定；

从电压控制部，该从电压控制部对所述从逆变器的输出电压的脉宽进行设定；以及

从电压相位控制部，该从电压相位控制部在所述从电流相位控制部使所述从逆变器的输出电流的相位与所述主逆变器的输出电流的相位同步之后，使所述从逆变器的输出电压的相位与所述主逆变器的输出电压的相位同步。

2.如权利要求1所述的感应加热装置的控制装置，其特征在于，包括：

从串联谐振电容器，该从串联谐振电容器连接在所述从C型加热装置与所述从逆变器之间；

从频率同步电容器，该从频率同步电容器与所述从串联谐振电容器并联连接；以及

断路器，该断路器与所述从串联谐振电容器并联连接，并与所述从频率同步电容器串联连接，

所述从电压相位控制部利用所述断路器的开闭使所述从逆变器的输出电压的相位与所述主逆变器的输出电压的相位同步。

3.如权利要求1所述的感应加热装置的控制装置，其特征在于，包括：

从串联谐振电容器，该从串联谐振电容器连接在所述从C型加热装置与所述从逆变器之间；

从频率同步电容器，该从频率同步电容器与所述从串联谐振电容器并联连接；以及

从电压相位控制装置，该从电压相位控制装置与所述从串联谐振电容器并联连接，并与所述从频率同步电容器串联连接，

所述从电压相位控制部通过所述从电压相位控制装置对施加给所述从频率同步电容器的电压进行控制，以使得所述从逆变器的输出电压的相位与所述主逆变器的输出电压的相位同步。

4.如权利要求1所述的感应加热装置的控制装置，其特征在于，包括：

从串联谐振电容器，该从串联谐振电容器连接在所述从C型加热装置与所述从逆变器之间；

从频率同步电抗器，该从频率同步电抗器与所述从串联谐振电容器串联连接，并与所述从C型加热装置并联连接；以及

断路器，该断路器与所述从串联谐振电容器以及所述从频率同步电抗器串联连接，并与所述从C型加热装置并联连接，

所述从电压相位控制部利用所述断路器的开闭使所述从逆变器的输出电压的相位与所述主逆变器的输出电压的相位同步。

5.如权利要求1所述的感应加热装置的控制装置，其特征在于，包括：

从串联谐振电容器，该从串联谐振电容器连接在所述从C型加热装置与所述从逆变器之间；

从频率同步电抗器，该从频率同步电抗器与所述从串联谐振电容器串联连接，并与所述从C型加热装置并联连接；以及

从电压相位控制装置，该从电压相位控制装置与所述从串联谐振电容器以及所述从频率同步电抗器串联连接，并与所述从C型加热装置并联连接，

所述从电压相位控制部通过所述从电压相位控制装置对施加给所述从频率同步电抗器的电压进行控制，以使得所述从逆变器的输出电压的相位与所述主逆变器的输出电压的相位同步。