JP2000228276A

JP2000228276A - 誘導加熱装置

Info

Publication number: JP2000228276A
Application number: JP11028284A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Sano; 昭一佐野
Original assignee: UCHINO KK
Current assignee: UCHINO KK
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】トランスの二次側にデルタ結線及びスター結
線を設けてそれぞれコンバータ回路と接続して電力を供
給する場合、インバータとの間に介装されるバランスリ
アクトルをなくそうとする。【解決手段】３相交流電源からトランス１を介して変
圧してコンバータ回路５により整流し、この整流された
直流をインバータ回路１９に電力を供給し、該インバー
タ回路に接続される負荷コイル２０に高周波交流電力を
供給する誘導加熱装置において、前記トランスの一次側
巻線をデルタまたはスター結線とし、二次側をデルタ結
線３及びスター結線４されてそれぞれ絶縁された二つの
巻線とし、前記二次側のデルタ結線の端子及びスター結
線の端子よりそれぞれインバータ回路と接続して、該２
系統のインバータ回路を一つの負荷コイルに並列接続
し、該負荷コイルとインバータ出力部との間にバランス
用コンデンサ１７を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鍛造用金属棒等の被
加工物を高周波電流を流した加熱コイルによって加熱す
る誘導加熱装置の電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から誘導加熱装置や誘導電動機等の
電力機器を駆動するために３相交流電源が使用される。
この３相交流電源からコンバータ、インバータ装置等を
介して所望の周波数の電力を得ていた。そして、この電
力変換装置において、サイクル毎に発生するコンデンサ
への急激な充電電流のために、電源電圧にはひずみが生
じ、いわゆる、高調波が発生して、そのノイズが受電ト
ランスを介して近隣の他工場等の電源に乗り悪影響を与
えることがある。

【０００３】このような高調波の発生をできるだけ少な
くするために、１２相乃至２４相のように多相化するこ
とが行われている。例えば、図４に示すように、３相交
流電源が３巻線トランス３１に供給され、該３巻線トラ
ンス３１は一次巻線側はデルタ結線され、二次巻線側は
デルタ結線とスター結線されて、この二次巻線側の出力
はバランスリアクトル３０を介して合成して多相化を行
い、ダイオードやコンデンサ等からなるコンバータ部に
接続され、整流された後にインバータ回路によって電力
機器が駆動される構成となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のように、ス
ター・デルタ結線された電源トランスの二次側にインバ
ータ回路を接続する場合には、デルタ結線端子３及びス
ター結線端子４からの電流をバランスさせるために、半
導体（ダイオード）をブリッジ接続した整流回路とコン
デンサ等よりなる平滑回路との間に、バランスリアクト
ル３０が介装されているのである。このバランスリアク
トル３０はコイルより構成されているので、体積が大き
くなり、回路を複雑化し、コストアップにもつながるも
のであった。

【０００５】また、インバータ回路によって誘導加熱装
置を駆動する場合、誘導加熱装置は加熱効率を高めるた
めに、加熱コイルの巻数を多くすることが望ましい。ま
た、誘導加熱装置で大きな出力を得るにはコイルに大き
な電流を流す必要があるが、巻数が多いとコイルのリア
クタンスが増加し、電流が流れ難くなる。また、加熱材
料の直径が小さいものや板材については、周波数が高い
方が加熱性がよいが、周波数を高くするとコイルには電
流が流れ難くなるのである。

【０００６】そこで、本発明はデルタ・スター接続され
た３巻線トランスを用いて、１２パルス電源とし、高調
波の発生を少なくすると共に、デルタ結線端子３及びス
ター結線端子４からの分担電流も均等となしうるもので
あり、かつ、容易に電源電圧を高くできる回路を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明が解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。即ち、３相交流電源からトランスを
介して変圧してコンバータ回路により整流し、この整流
された直流をインバータ回路に電力を供給し、該インバ
ータ回路に接続される負荷コイルに高周波交流電力を供
給する誘導加熱装置において、前記トランスの一次側巻
線をデルタまたはスター結線とし、二次側をデルタ結線
及びスター結線されてそれぞれ絶縁された二つの巻線と
し、前記二次側のデルタ結線の端子及びスター結線の端
子よりそれぞれのコンバータ回路を介してインバータ回
路と接続して、該２系統のインバータ回路を一つの負荷
コイルに並列接続し、該負荷コイルとインバータ出力部
との間にバランス用コンデンサを配置したものである。

【０００８】また、請求項２においては、前記二次側の
デルタ結線の端子及びスター結線の端子からの出力電圧
を倍電圧整流方式のコンバータ回路で合成して負荷コイ
ルに電力を供給するようにしたものである。

【０００９】また、請求項３においては、前記二次側の
デルタ結線とスター結線に対する一次側にそれぞれ絶縁
された発電機を配置したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施を説明する。図
１は本発明の電磁誘導加熱装置の電源回路図、図２は電
磁誘導加熱装置に倍電圧を供給する電源回路、図３は同
じく発電機を用いた回路図、図４は従来の電磁誘導加熱
装置の電源回路図である。

【００１１】図１において、本発明の電磁誘導加熱装置
に電力を供給する電源回路の構成を説明する。１は電源
トランスであり、配電線から供給される３相電源にはデ
ルタ結線された一次側の巻線端子２が接続され、二次側
の巻線はデルタ結線及びスター結線されて、デルタ結線
端子３及びスター結線端子４にはそれそれブレーカ６・
６・・・、マグネットスイッチ７・８・・・及び抵抗９
・９・・・を介してをコンバータ回路５・５と接続され
る。

【００１２】コンバータ回路５はブリッジ結線されたダ
イオード１０・１０・・・とコンデンサ１１・１２によ
って整流回路を構成している。このコンバータ回路５に
インバータ回路１９が接続されており、本実施例では二
つのインバータ回路１９・１９が接続されたフルブリッ
ジタイプを示している。但し、一つのインバータ回路１
９のみのハーフブリッジで構成することも可能である。
インバータ回路１９はスイッチング素子１３・１３・１
３・１３とダイオード１４・１４・・・とコンデンサ１
５・１５・・・等によって構成している。１８はヒュー
ズである。

【００１３】前記ブレーカ６にはマグネットスイッチ７
とマグネットスイッチ８が並列に接続され、マグネット
スイッチ７には抵抗９が直列に接続されて、初期充電回
路を構成している。

【００１４】このようにして、三相交流電源からの三相
交流は電源トランス１によって低圧に変圧されて、本実
施例では６６００Ｖから４４０Ｖに変圧され、ダイオー
ド１０・１０・・・によって全波整流され、デルタ結線
端子３及びスター結線端子４の出力は３０度の位相差が
あるので、両方が全波整流されて、たがいに重畳されて
全体として高調波が低減されるようになっているのであ
る。そして、並列に接続されたコンデンサ１１によって
平滑され、直流を得て、インバータ回路１９に供給され
る。

【００１５】そして、被加工物を挿入して加熱する加熱
コイル（負荷コイル）２０とコンデンサ２１が四組のイ
ンバータ回路１９・１９・・・と接続され、該インバー
タ回路１９を構成するスイッチング素子のゲートへの入
力を制御することによって所望の周波数の電流が加熱コ
イル２０に流れるようにしている。

【００１６】前記スイッチング素子１３は本実施例では
ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用い
てブリッジ結線されているが、ＩＧＢＴの代わりにバイ
ポーラトランジスタやサイリスタ等を用いることも可能
である。該ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間にはダイオ
ード１４とスナバコンデンサー１５が並列に接続され、
各ＩＧＢＴのゲート（ベース）には駆動制御回路が接続
されている。この各スイッチング素子１３・１３・・・
のゲートをＡ１・Ａ２・Ａ・Ａ４・Ｂ１・Ｂ２・・・Ｃ
１・Ｃ２・・・Ｄ３・Ｄ４としている。

【００１７】また、前記スイッチング素子１３・１３・
１３・１３はブリッジ接続されて、各上アーム（Ａ１・
Ｂ１・Ｃ１・Ｄ１・Ａ３・Ｂ３・Ｃ３・Ｄ３）と下アー
ム（Ａ２・Ｂ２・・・Ｃ４・Ｄ４）の間にそれぞれバラ
ンス用のコンデンサ１７・１７・・・が接続されて、更
に、直列共振用のコンデンサ２１・２１を介して加熱コ
イル２０と接続されている。

【００１８】このような構成において、ゲートＡ１・Ａ
２・Ａ３・Ａ４・Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４をＯＮするこ
とによって、実線の矢印の如く電流が流れ、ゲートＢ１
・Ｂ２・Ｂ３・Ｂ４・Ｄ１・Ｄ２・Ｄ３・Ｄ４をＯＮす
ることによって、破線の矢印の如く流れ、これを交互に
繰り返して、所望の周波数でインバータが駆動され、加
熱コイル２０とコンデンサ２１・２１によって発振され
て、被加工物が加熱されるのである。

【００１９】この加熱動作時において、前記デルタ結線
端子３及びスター結線端子４から供給された電流は加熱
コイル２０（コンデンサ２１・２１）の両側において合
流されるが、インバータ回路からはコンデンサ１７・１
７・・・を介して供給されるので、このコンデンサ１７
・１７・・・はスイッチング素子１３・１３・・・間の
バランスをとる作用があり、同時に、各インバータ回路
１９・１９・・・からの供給電力のバランスもとり、ひ
いては、このインバータ回路１９へ電力を供給するコン
バータ回路５・５・・・への電力供給バランスもとるこ
とになり、最終的にトランスの各巻線からの供給電力も
バランスをとることになり、高調波を低減することにな
るのである。よって、このコンデンサ１７・１７・・・
は素子間及び電力供給側のバランスをとることができ
て、電源側のバランス用の部品を設けることがなく、コ
スト低減化、コンパクト化が図れるのである。

【００２０】また、図２に示すように、コンバータ回路
５・５をカスケード接続した場合には、倍電圧で供給す
ることが可能となり、インバータ回路１９’をハーフブ
リッジとした場合について説明すると（フルブリッジと
することも可能である）、コンバータ回路５のプラス側
Ｐにスイッチング素子１３_e1と１３_f1が並列に接続さ
れ、マイナス側Ｎにスイッチング素子１３_e2と１３_f2が
並列に接続され、中間点Ｓに直列接続したコンデンサ２
１と負荷コイル２０の一側が接続され、他側は上アーム
と下アームの中間点（スイッチング素子１３_e1と１３_e2
の間及びスイッチング素子１３_f1と１３_f2の間）に接続
されている。

【００２１】このように構成な構成において、誘導加熱
装置を稼働させると、まず、ゲートＥ１・Ｆ１に信号を
印加してスイッチング素子１３_e1と１３_f1がＯＮされ
て、実線で示す矢印Ｘ方向にプラス側Ｐから中間点Ｓに
電流が流れ、次に、ゲートＥ１・Ｆ１に信号を印加して
スイッチング素子１３_e2と１３_f2がＯＮされて、破線で
示す矢印Ｙ方向に電流が流されるのである。これを繰り
返し、発振させて負荷コイル２０にて加熱するのであ
る。

【００２２】また、図３に示すように、３相電源を配電
線から得る代わりに発電機２４・２４によって得ること
も可能であり、この場合、発電機２４・２４は同一駆動
源によって駆動さて、同相の３相電力が得られ、その出
力端子を直接に電源トランス１’の一次側に接続してい
る。こうすることによって、発電機から得られる電圧は
配電線から得られる電圧よりも低いが、インバータ回路
から加熱コイル２０を作動させることができて、効率を
上げることができるのである。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、以上の如く構成したので、次
のような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如
く、３相交流電源からトランスを介して変圧してコンバ
ータ回路により整流し、この整流された直流をインバー
タ回路に電力を供給し、該インバータ回路に接続される
負荷コイルに高周波交流電力を供給する誘導加熱装置に
おいて、前記トランスの一次側巻線をデルタまたはスタ
ー結線とし、二次側をデルタ結線及びスター結線されて
それぞれ絶縁された二つの巻線とし、前記二次側のデル
タ結線の端子及びスター結線の端子よりそれぞれのコン
バータ回路を介してインバータ回路と接続して、該２系
統のインバータ回路を一つの負荷コイルに並列接続する
ことにより、一次側に帰還する電源電圧の高調波成分を
低減することが可能となり、また、一般に２個以上の電
源からコンバータ部に電力を供給するとき、電流バラン
スをとるためにバランスリアクトルを設けていたが、本
発明では、負荷コイルとインバータ出力部との間にバラ
ンス用コンデンサを配置したので、回路構成を簡単にで
き、該コンデンサはインバータ回路の素子間のバラツキ
を低減させる役目も兼用できてコスト低減化を図れるの
である。

【００２４】また、請求項２の如く、前記二次側のデル
タ結線の端子及びスター結線の端子からの出力電圧を倍
電圧整流方式のコンバータ回路で合成して負荷コイルに
電力を供給するようにしたので、電源電圧の高調波成分
を低減できるとともに、３相交流側電圧を低くして、加
熱用高周波交流電力に必要なインバータ回路へ高電圧を
供給することが可能となり、例えば、４４０Ｖ３相交流
電源で倍の８８０Ｖ３相交流電圧と等価の電源を得るこ
とが可能となるのである。そして、高電圧をインバータ
回路に供給することができるので、効率良く加熱するこ
とが可能となるのである。

【００２５】また、請求項３の如く、前記二次側のデル
タ結線とスター結線に対する一次側にそれぞれ発電機を
配置したので、例えば３相８８０Ｖ交流電源を必要とす
る場合、４４０Ｖ用の発電機で供給することが可能とな
り、高電圧が送電されていない地域であっても、比較的
容易に得られる発電機を用意することで、誘導加熱装置
を作動することができるようになるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁誘導加熱装置の電源回路図であ
る。

【図２】電磁誘導加熱装置に倍電圧を供給する電源回路
である。

【図３】同じく発電機を用いた回路図である。

【図４】従来の電磁誘導加熱装置の電源回路図である。

【符号の説明】

２一次側の巻線端子３デルタ結線端子４スター結線端子５コンバータ回路１７コンデンサ１９インバータ回路２０加熱コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３相交流電源からトランスを介して変圧
してコンバータ回路により整流し、この整流された直流
をインバータ回路に電力を供給し、該インバータ回路に
接続される負荷コイルに高周波交流電力を供給する誘導
加熱装置において、前記トランスの一次側巻線をデルタ
またはスター結線とし、二次側をデルタ結線及びスター
結線されてそれぞれ絶縁された二つの巻線とし、前記二
次側のデルタ結線の端子及びスター結線の端子よりそれ
ぞれのコンバータ回路を介してインバータ回路と接続し
て、該２系統のインバータ回路を一つの負荷コイルに並
列接続し、該負荷コイルとインバータ出力部との間にバ
ランス用コンデンサを配置したことを特徴とする誘導加
熱装置。
【請求項２】前記二次側のデルタ結線の端子及びスタ
ー結線の端子からの出力電圧を倍電圧整流方式のコンバ
ータ回路で合成して負荷コイルに電力を供給するように
したことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱装置。
【請求項３】前記二次側のデルタ結線とスター結線に
対する一次側にそれぞれ絶縁された発電機を配置したこ
とを特徴とする請求項２記載の誘導加熱装置。