JP2004134138A - 誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低出力電流領域においても出力電圧によって出力電流を制御できるようにする。
【解決手段】インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、第１インバータの負荷部のインピーダンスによる電圧降下を求める。誘導電圧検出部２３８は、第２インバータの出力電流に基づく誘導電圧を求める。定格時運転条件演算部２４２は、各インバータの定格運転時における第１インバータの負荷部におけるインピーダンスによる定格時電圧降下と定格時誘導電圧とを求め、定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とした場合に、定格時出力電圧と、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数を求めて制御周波数演算部２４０に出力する。制御周波数演算部２４０は、第１インバータの出力電圧と出力電流との位相角が、定格時運転条件演算部２４２が求めた係数を満足するように出力周波数を求める。
【選択図】 図２
【解決手段】インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、第１インバータの負荷部のインピーダンスによる電圧降下を求める。誘導電圧検出部２３８は、第２インバータの出力電流に基づく誘導電圧を求める。定格時運転条件演算部２４２は、各インバータの定格運転時における第１インバータの負荷部におけるインピーダンスによる定格時電圧降下と定格時誘導電圧とを求め、定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とした場合に、定格時出力電圧と、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数を求めて制御周波数演算部２４０に出力する。制御周波数演算部２４０は、第１インバータの出力電圧と出力電流との位相角が、定格時運転条件演算部２４２が求めた係数を満足するように出力周波数を求める。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱装置に係り、特に近接して配置した複数の加熱コイルのそれぞれに、対応する共振型インバータによって電流を供給する誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共振型インバータを１台で単独に運転する場合、インバータの出力電圧は、図６（１）に示したようなベクトル図の関係にある。ただし、図６（１）において、ｖはインバータの出力電圧、ｉはインバータの出力電流であり、Ｒはインバータの負荷部におけるインピーダンスの抵抗成分、ＸＬ は同じく誘導性リアクタンス成分、ＸＣ は同じく容量性リアクタンス成分である。この場合、インバータの出力電圧ｖと出力電流ｉとの関係は、同図（２）に示したように、比例関係にある。
【０００３】
共振型インバータに接続した加熱コイルにより被加熱部材を誘導加熱する場合、被加熱部材の加熱温度の制御は、インバータの出力電流を介して被加熱部材に生ずる渦電流を制御することによって行なわれる。そして、インバータを単独で運転する場合、出力電圧ｖと出力電流ｉとは、上記したように比例関係にあるので、出力電圧を制御することによって容易に出力電流を制御することが可能で、加熱温度の制御を正確に行なうことができる。
【０００４】
一方、複数の加熱コイルのそれぞれに対応して共振型インバータを設け、複数の加熱コイルによって誘導加熱を行なう誘導加熱装置がある。この場合、各加熱コイル間における温度低下を防止するなどの目的のため、各加熱コイルを近接して配置している。このため、このような誘導加熱装置は、各加熱コイル間において相互誘導を生ずる。
【０００５】
例えば、図７に示した誘導加熱装置１のように、第１加熱ユニット１０と第２加熱ユニット２０とを備えており、各加熱ユニット１０、１２のそれぞれが第１逆変換部（インバータ）１２、第２逆変換部２２と、これらの逆変換部１２、２２に対応した第１負荷部１４、第２負荷部２４とが設けられ、各負荷部１４、２４の第１加熱コイル１６、第２加熱コイル２６が近接配置されているとする。そして、各逆変換部１２、２２は、第１チョッパ回路１８、第２チョッパ回路２８を介して順変換部３に並列接続してある。また、各加熱ユニット１０、２０の負荷部１４、２４は、加熱コイル１６、２６とコンデンサＣ１ 、Ｃ２ が直列接続してあって、逆変換部１２、２２が直列共振型インバータを構成している。なお、図７において、ｖ１ 、ｉ１ は第１逆変換部１２の出力電圧と出力電流、Ｒ１ は第１加熱コイル１６の内部抵抗、Ｌ１ は第１加熱コイル１６の自己インダクタンスである。また、ｖ２ 、ｉ２ 、Ｒ２ 、Ｌ２ は、それぞれ第２逆変換部２２の出力電圧と出力電流、第２加熱コイル２６の内部抵抗と自己インダクタンスである。
【０００６】
図７のように、２つの加熱コイル１６、２６が近接配置されると、各加熱コイル間１６、２６において相互誘導が発生し、同図に示したように、第１負荷部１４には、第２逆変換部２２の出力電流ｉ２ による誘導電圧ｖＭ２生じ、第２負荷部２４には第１逆変換部１２の出力電流ｉ１ による誘導電圧ｖＭ１が生ずる。このため、第１逆変換部１２と第２逆変換部２２との出力電圧ｖ１ 、ｖ２ は、
【数１】
【数２】
のようになる。ただし、これらの数式において、θは出力電流ｉ１ 、ｉ２ の位相差であり、ωは角周波数であって、各逆変換部１２、２２の出力周波数をｆとした場合、ω＝２πｆである。また、ｊは、虚数単位を示す。
【０００７】
そして、各出力電流ｉ１ 、ｉ２ が同期している場合、上記数式１と数式２とは、
【数３】
【数４】
のようになる。このため、第１逆変換部１２の電圧ベクトル図は、図８（１）のようになる。また、第１逆変換部１２の出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ との関係は、同図（２）のようになる。このことは、第２逆変換部２２側においても同様である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば第１逆変換部１２の出力電圧に関する数式３において、相互誘導電圧（誘導電圧）ｊωＭｉ２ ＝一定としたときに、出力電流ｉ１ が減少してくると、（Ｒ１ ＋ｊＸＬ１−ｊＸＣ１）ｉ１ が小さくなり、特にカッコ内の値が容量性である場合、出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ との関係が図９のようになって、出力電圧ｖ１ が極小値を有するようになる。すなわち、出力電流ｉ１ の小さい領域においては、出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ とが比例しないため、第１逆変換部１２の出力電圧ｖ１ によって出力電流ｉ１ を制御することが困難となり、被加熱部材の温度制御をすることができなくなる。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、低出力電流領域においても出力電圧によって出力電流を制御できるようにすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘導加熱装置の運転方法は、複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータを備えた誘導加熱装置の運転方法であって、任意運転時の前記各インバータの出力電流を検出し、そのときの制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下と他の前記インバータの出力電流に基づく誘導電圧とを求め、これらの電圧降下と誘導電圧との前記各インバータの定格出力電流運転時における定格時電圧降下と定格時誘導電圧とにおいて、前記制御対象インバータの定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を前記定格時誘導電圧と係数との積とし、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時における定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、このときの前記制御対象インバータの定格時出力電圧と前記定格出力電流間の位相角とを求め、前記任意運転時の前記制御対象インバータを、求めた前記係数と前記位相角とが得られるように前記制御対象インバータの出力周波数を制御する、ことを特徴としている。
【００１１】
また上記運転方法を実施できる誘導加熱装置は、複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータと、これら各インバータの出力電圧を検出する電圧検出器と、前記各インバータの出力電流を検出する電流検出器と、制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下を検出する電圧降下検出部と、前記制御対象インバータの負荷部における前記他のインバータの出力電流に基づく誘導電圧を検出する誘導電圧検出部と、この誘導電圧検出部と前記電圧降下検出部との検出信号に基づいて、前記各インバータの定格出力電流運転時における前記制御対象インバータの前記インピーダンスによる定格時電圧降下と前記他のインバータの定格出力電流による定格時誘導電圧とを求めるとともに、前記定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積としたときに、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時の定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、前記定格時出力電圧と前記定格出力電流との位相角とを求める定格時運転条件演算部と、前記制御対象インバータの任意運転時における前記出力電圧と、前記インピーダンスによる電圧降下と前記誘導電圧との和との比が前記定格時運転条件演算部により求めた前記係数を満足するように、前記制御対象インバータの出力電圧と出力電流との位相角が得られる前記制御対象インバータの出力周波数を求める制御周波数演算部と、を有することを特徴としている。
【００１２】
【作用】
上記のごとくなっている本発明は、各インバータの定格出力電流運転時における制御対象インバータの負荷部のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とし、定格時出力電圧が、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和に対して所定値以上となるように前記係数を設定して制御対象インバータの実質的なインピーダンスを大きくし、各加熱コイル間において誘導電圧が生じた場合であっても、制御対象インバータの任意運転時における出力電圧と、負荷部のインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧との和との比が、設定した前記係数が得られるように制御対象インバータの出力周波数を制御することにより、出力電流の小さな領域においても出力電圧と出力電流との間に比例関係が得られるようする。したがって、インバータの出力電圧によってインバータの出力電流を制御することができ、被加熱部材の温度制御を高精度で行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。図１において、誘導加熱装置１００は、交流電源１０２に順変換部１０４が接続してあり、順変換部１０４の出力側に平滑コンデンサ１０６が設けてある。この順変換部１０４は、交流電源１０２が出力する交流電力を直流電力に変換する。そして、誘導加熱装置１００は、第１加熱ユニット２００と第２加熱ユニット３００とを有している。これらの加熱ユニット２００、３００は、平滑コンデンサ１０６に並列に接続してある。
【００１４】
各加熱ユニット２００、３００は、それぞれ直流電源部２０２、３０２、直流電源部２０２、３０２の出力側に設けた逆変換部である第１インバータ２０４、第２インバータ３０４、第１負荷部２０６、第２負荷部３０６を有している。各直流電源部２０２、３０２は、周知のチョッパ回路２１０、３１０と、この出力側に設けた平滑用のコンデンサ２１２、３１２とから構成してある。また、第１インバータ２０４、第２インバータ３０４は、各アームがトランジスタと、このトランジスタに逆並列に接続したダイオードからなるブリッジ回路によって構成してある。そして、各インバータ２０４、３０４の出力側には、それぞれに対応して第１負荷部２０６、第２負荷部３０６が接続してある。各第１、第２負荷部２０６、３０６は、それぞれ第１加熱コイル２１４、第２加熱コイル３１４とコンデンサ２１６、３１６とが直列に接続してある。したがって、各インバータ２０４、３０４は、直列共振型インバータを構成している。なお、図１において加熱コイル２１４、３１４の内部抵抗は省略してある。また、図１に示した符号Ｌ１ 、Ｌ２ は、第１加熱コイル２１４と第２加熱コイル３１４との自己インダクタンスを示す。
【００１５】
さらに、各インバータ２０４、３０４の出力側には、インバータ２０４、３０４の出力電圧を検出する電圧検出器２１８、３１８がインバータ２０４、３０４と並列に設けてあるとともに、インバータ２０４、３０４の出力電流を検出する電流検出器２２０、３２０が加熱コイル２１４、３１４、コンデンサ２１６、３１６と直列に設けてある。これらの電圧検出器２１８、３１８、電流検出器２２０、３２０の検出信号は、対応する各加熱ユニット２００、３００のチョッパ回路２１０、３１０に接続した電力制御部２２２、３２２に入力するようになっている。また、電力制御部２２２、３２２には、電力設定器２２４、３２４が接続してある。各電力制御部２２２、３２２は、詳細を後述するように、電力設定器２２４、３２４、電圧検出器２１８、３１８、電流検出器２２０、３２０の出力信号に基づいて、チョッパ回路２１０、３１０の、トランジスタとダイオードとを逆並列接続して形成したチョップ部２２６、３２６をオン・オフし、チョッパ回路２１０、３１０の通流率を変化させる。このため、直流電源部２０２、３０２は、コンデンサ２１２、３１２の両端の電圧の大きさが変化し、インバータ２０４、３０４に与える電圧の大きさが変わって、インバータ２０４、３０４の出力電力を変化させる。
【００１６】
第１加熱ユニット２００と第２加熱ユニット３００とには、それぞれ詳細を後述する第１周波数制御部２３０、第２周波数制御部３３０と、ゲートパルス生成部２３２、３３２とが設けてある。ゲートパルス生成部２３２、３３２は、周波数制御部２３０、３３０の出力側に設けてあって、周波数制御部２３０、３３０の出力信号に基づいて、対応するインバータ２０４、３０４を駆動するゲートパルスを生成し、インバータ２０４、３０４を構成している各トランジスタに与える。そして、第１周波数制御部２３０は、入力側に電圧検出器２１８、電流検出器２２０、３２０が接続してあって、電圧検出器２１８が検出した第１インバータ２０４の出力電圧と、電流検出器２２０が検出した第１インバータの出力電流と、電流検出器３２０が検出した第２インバータ３０４の出力電流とが入力するようになっている。また、第２周波数制御部３３０には、電圧検出器３１８と電流検出器３２０とが検出した第２インバータ３０４の出力電圧と出力電流とが入力するとともに、電流検出器２２０が検出した第１インバータ２０４の出力電流が入力するようになっている。
【００１７】
第１周波数制御部２３０と第２周波数制御部３３０とは、同様に形成してある。そして、図２は、実施形態に係る第１周波数制御部２３０のブロック図を示したものである。
【００１８】
第１周波数制御部２３０は、図２に示したように、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部（電圧降下量検出部）２３６、誘導電圧検出部２３８、制御周波数演算部２４０、定格時運転条件演算部２４２を有する。
【００１９】
位相角検出部２３４は、第１インバータ２０４の出力電圧と出力電流との位相角φ１ を求めるもので、電圧検出器２１８が検出した第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ と、電流検出器２２０が検出した第１インバータ２０４の出力電流ｉ１ とが入力する。また、インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、第１インバータ２０４が電力を供給する第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧の降下量を求めるもので、電流検出器２２０の検出信号が入力するようになっている。そして、誘導電圧検出部２３８は、第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ に基づく、第１負荷部２０６における相互誘導による誘導電圧ｖＭ２が求められるようになっている。この誘導電圧検出部２３８とインピーダンス電圧降下量検出部２３６との出力信号は、定格時運転条件演算部２４２に入力される。
【００２０】
定格時運転条件演算部２４２は、第１インバータ２０４と第２インバータ３０４とが定格出力電流（ｉ１ ＝１００％、ｉ２ ＝１００％）運転（定格運転）されたときの、第１インバータ２０４の出力電圧と第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下と相互誘導電圧とのベクトル図を作成する。また、定格時運転条件演算部２４２は、詳細を後述するように、第１負荷部２０６におけるリアクタンス成分による電圧降下を、第２インバータ３０４の定格運転時の定格出力電流ｉ２０による第１負荷部２０６における誘導電圧（定格時誘導電圧）ＶＭ２０ と係数α１ との積とし、第１インバータ２０４の出力電圧が第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧ＶＭ２０ との和の所定倍（実施形態の場合、２倍）以上となる前記係数α１ 、定格時出力電圧ｖ１０´、定格時出力電圧ｖ１０´と定格出力電流（定格電流）ｉ１０との間の位相角φ１０´とを求め、係数α１ 、位相角φ１０´を制御周波数演算部２４０に送出する。
【００２１】
そして、制御周波数演算部２４０は、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部２３６、誘導電圧検出部２３８、定格時運転条件演算部２４２の出力信号に基づいて、第１インバータ２０４のトランジスタに与えるゲートパルスの周波数を求め、ゲートパルス生成部に２３２に出力する。ゲートパルス生成部２３２の出力したゲートパルスは、制御周波数演算部２４０にフィードバックされる。
【００２２】
このようになっている実施形態に係る誘導加熱装置１００は、順変換部１０４が交流電源１０２の出力する交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１０６は、順変換部１０４の出力する直流電力を平滑化する。また、誘導加熱装置１００は、第１加熱ユニット２００、第２加熱ユニット３００の直流電源部２０２、３０２を形成しているチョッパ回路２１０、３１０が順変換部１０４の出力する直流電力を直流変換し、対応する第１インバータ２０４、第２インバータ３０４に与える。そして、インバータ２０４、３０４は、コンデンサ２１２、３１２によって平滑化された直流電力を交流電力に逆変換して第１負荷部２０６、第２負荷部３０６に与える。
【００２３】
加熱ユニット２００、３００に設けた電力設定器２２４、３２４には、対応するインバータ２０４、３０４の出力すべき電力が設定されており、この設定値が電力制御部２２２、３２２に与えられる。電力制御部２２２、３２２は、対応する電圧検出器２１８、３１８と電流検出器２２０、３２０とが出力する検出信号を読み込み、対応する各インバータ２０４、３０４の実際の出力電力を求め、求めた出力電力を電力設定器２２４、３２４の出力する設定値と比較する。そして、電力制御部２２２、３２２は、インバータ２０４、３０４の出力電力が設定値となるように、チョッパ回路２１０、３１０のチョップ部２２６、３２６に与えるゲートパルスの長さを調節して通流率を変える。
【００２４】
一方、第１加熱ユニット２００の第１周波数制御部２３０は、インピーダンス電圧降下量検出部２３６が電流検出器２２０の検出して出力する第１インバータ２０４の出力電流ｉ１ を読み込み、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下量を求める。また、第１周波数制御部２３０の誘導電圧検出部２３８は、電流検出器３２０が検出して出力する第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ を読み込み、第１負荷部２０６における第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ に基づく相互誘導電圧ｖＭ２を求める。
【００２５】
第１負荷部２０６に相互誘導が存在する場合の第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ は、前記したように、
【数５】
として表すことができる。この数式５において、右辺第１項と第２項のＲ１ ｉ１ ＋ｊ（ＸＬ１−Ｘ１Ｃ１）ｉ１ が第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下を示し、右辺第３項のｊωＭｉ２ が第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ に基づく誘導電圧である。ただし、Ｒ１ は第１加熱コイル２１４の内部抵抗であり、ＸＬ１は第１加熱コイル２１４による誘導性リアクタンス、ＸＣ１は第１負荷部２０６のコンデンサ２１６による容量性リアクタンスである。
【００２６】
誘導電圧検出部２３８は、実施形態の場合、第２インバータ３０４が定格出力電流（定格電流）ｉ２０によって運転されたときに第１負荷部２０６に生ずる定格時誘導電圧ＶＭ２０と、第２インバータ３０４の定格電流ｉ２０とが設定値として与えられており、これらの定格時誘導電圧ＶＭ２０、定格電流ｉ２０ と、電流検出器３２０が検出した現在の第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ とによって、現在の誘導電圧をＶＭ２０ ×（ｉ２ ／ｉ２０）として求めるようになっている。また、インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、インピーダンスによる電圧降下のうち、リアクタンスによる電圧降下ｊ（ＸＬ１−ＸＣ１）ｉ１ が定格時誘導電圧ＶＭ２０を定数とする出力電流ｉ１ の関数として近似して求める。すなわち、（ＸＬ１−ＸＣ１）≧０となる周波数において、適当な係数α１を選ぶことにより、
【数６】
と近似することができる。したがって、実施形態の場合、数式５に示した第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ は、
【数７】
となる。ただし、ＶＲ１は第１加熱コイル２１４の内部抵抗による任意運転時の電圧降下であり、ｉ１０は第１インバータ２０４の定格出力電流（定格電流）である。
【００２７】
インピーダンス電圧降下量検出部２３６が求めたインピーダンスによる電圧降下量と、誘導電圧検出部２３８が求めた誘導電圧とは、定格時運転条件演算部２４２に入力される。定格時運転条件演算部２４２は、入力された電圧降下量と誘導電圧とから、各インバータ２０４、３０４が定格電流によって運転されたとき、すなわち第１インバータ２０４の出力電流ｉ１ が１００％値、第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ が１００％値のときの制御対象となる第１インバータ２０４について、図３の実線に示したような仮想の電圧ベクトル図を作成する。
【００２８】
定格時運転条件演算部２４２には、第１インバータ２０４が定格電流ｉ１０により運転されたときの、第１加熱コイル２１４の内部抵抗による電圧降下ＶＲ１０ 、第２インバータ３０４が定格電流ｉ２ で運転されたときの第１負荷部２０６における定格時誘導電圧ＶＭ２０ が与えられている。そして、定格時運転条件演算部２４２は、定格電流運転時における第１インバータ２０４の出力電圧（定格時出力電圧）Ｖ１０´と、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる定格時電圧降下と第２インバータ３０４の定格電流運転時の定格時誘導電圧ＶＭ２０ との和との比が予め定めた値（実施形態の場合「２」）以上となる係数α１ と、このときの第１インバータ２０４の定格時出力電圧Ｖ１０´と定格電流ｉ１０との位相角φ１０´とを求める。すなわち、定格時運転条件演算部２４２は、
【数８】
の式において、
【数９】
を満足する係数α１ と位相角φ１０´とを求め、制御周波数演算部２４０に出力する。なお、数式９のＡは、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下であって、図３の破線に示したように、
【数１０】
である。
【００２９】
制御周波数演算部２４０には、定格時運転条件演算部２４２から係数α１ が入力するとともに、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部２３６、誘導電圧検出部２３８の出力が入力するようになっている。位相角検出部２３４は、電圧検出器２１８と電流検出器２２０とが検出した第１インバータ２０４の現在の出力電圧ｖ１ 、出力電流ｉ１ とから、第１インバータ２０４の現在の出力電圧と出力電流との位相角φ１ を求めて制御周波数演算部２４０に出力する。制御周波数演算部２４０は、位相角検出部２３４が求めた位相角φ１ 、インピーダンス電圧降下量検出部２３６が求めたインピーダンスによる電圧降下｛ＶＲ１＋ｊＶＭ２０ ×（ｉ１ ／ｉ１０）｝、誘導電圧検出部２３８が求めた誘導電圧｛ｊＶＭ２０ ×（ｉ２ ／ｉ２０）｝、定格時運転条件演算部２４２が求めた係数α１ に基づいて、
【数１１】
を満足するＶ１ ´を求めるとともに、このＶ１ ´が得られるような第１インバータ２０４の出力電圧Ｖ１ ´と出力電流ｉ１ の位相角φ１ ´を求め、図４に示したような電圧ベクトル図を作成する。そして、制御周波数演算部２４０は、位相角φ１ ´が得られる第１インバータの出力周波数ｆ１ を演算し、ゲートパルス生成部２３２に与える。すなわち、数式５において周波数ｆ１ が大きくなると、（ＸＬ１−ＸＣ１）およびωＭが大きくなる。この結果、図８（１）を参照することにより理解されるように、電流と電圧との位相角が大きくなる。したがって、第１インバータ２０４の出力周波数ｆ１ を制御することにより、目標とする位相角φ１´を得ることができる。ゲートパルス生成部２３２は、制御周波数演算部２４０が求めた出力周波数ｆ１ のゲートパルスを生成して第１インバータ２０４のトランジスタに与え、制御周波数演算部２４０にフィードバックする。
【００３０】
これにより、第１負荷部２０６の実質的なインピーダンスを一定値以上に確保することができ、第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ との関係が図５のようになって、出力電流ｉ１ の小さな領域において出力電圧ｖ１ が極小値を有するようなことがなくなる。したがって、第１インバータ２０４の出力電流を出力電圧によって容易、正確に制御することが可能となり、被加熱部材の温度制御を高精度に行なうことができる。また、数式９を満足する場合、図５の電圧−電流の関係において、ｖ１ がｊωＭｉ２ 〜１００％の範囲の広い値を取ることができ、制御性が向上する。
【００３１】
なお、定格時運転条件演算部２４２は、求めたα１ が、α１ ＞０のときには算出したα１ の値をそのまま制御周波数演算部２４０に与え、例えばＲ１ が大きい場合などのように、α≦０のときにはα１ ＝０を制御周波数演算部２４０に出力する。また、第２加熱ユニット３００に設けた第２周波数制御部３３０は、第２インバータ３０４に対して、第１周波数制御部２３０が第１インバータ２０４に対して行なうのと同様の制御を行なう。この場合において、第２インバータ３０４の出力電圧ｖ２ は、次式のように表される。
【数１２】
ただし、数式１１において、ＶＲ２は第２インバータ３０４の定格電流運転時における第２加熱コイル３１４の内部抵抗による電圧降下、ＶＭ１０は第１インバータ２０４が定格電流運転をしたときの第２負荷部３０６における定格時誘導電圧である。また、α２ は、α１ に対応した係数である。
【００３２】
なお、上記実施形態においては、インピーダンス電圧降下量検出部２３６がインピーダンスによる電圧降下を、
【数１３】
として求めた場合について説明したが、インピーダンスによる電圧降下を、
【数１４】
として求め、定格時運転条件演算部２４２において数式１３のように変換してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、定格出力電流運転時における制御対象インバータの負荷部のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とし、定格時出力電圧が、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和に対して所定値以上となるように前記係数を設定して制御対象インバータの実質的なインピーダンスを大きくし、各加熱コイル間において誘導電圧が生じた場合であっても、制御対象インバータの任意運転時における出力電圧と、負荷部のインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧との和との比が、設定した前記係数が得られるように制御対象インバータの出力周波数を制御することにより、出力電流の小さな領域においても出力電圧と出力電流との間に比例関係が得られるようする。したがって、インバータの出力電圧によってインバータの出力電流を制御することができ、被加熱部材の温度制御を高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。
【図２】実施の形態に係る周波数制御部のブロック図である。
【図３】実施の形態に係る定格時運転条件演算部の作用を説明する電圧ベクトル図である。
【図４】実施の形態に係る誘導加熱装置の共振型インバータの任意運転時の運転制御方法を説明する電圧ベクトル図である。
【図５】実施の形態に係る誘導加熱装置の出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図６】共振型インバータを単独運転したときの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図７】２台のインバータのそれぞれに加熱コイルが設けられた誘導加熱装置における相互誘導の説明図である。
【図８】負荷部に相互誘導がある場合の共振型インバータの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図９】負荷部のインピーダンスが容量性である場合の、相互誘導があるときの共振型インバータの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００………誘導加熱装置、１０４………順変換部、２００………第１加熱ユニット、２０２、３０２………直流電源部、２０４………第１インバータ、２０６………第１負荷部、２１４………第１加熱コイル、２１６、３１６………コンデンサ、２１８、３１８………電圧検出器、２２０、３２０………電流検出器、２３０………第１周波数制御部、２３２、３３２………ゲートパルス生成部、２３４………位相角検出部、２３６………電圧降下検出部（インピーダンス電圧降下量検出部）、２３８………誘導電圧検出部、２４０………制御周波数演算部、２４２………定格時運転条件演算部、３００………第２加熱ユニット、３０４………第２インバータ、３０６………第２負荷部、３１４………第２加熱コイル、３３０………第２周波数制御部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱装置に係り、特に近接して配置した複数の加熱コイルのそれぞれに、対応する共振型インバータによって電流を供給する誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共振型インバータを１台で単独に運転する場合、インバータの出力電圧は、図６（１）に示したようなベクトル図の関係にある。ただし、図６（１）において、ｖはインバータの出力電圧、ｉはインバータの出力電流であり、Ｒはインバータの負荷部におけるインピーダンスの抵抗成分、ＸＬ は同じく誘導性リアクタンス成分、ＸＣ は同じく容量性リアクタンス成分である。この場合、インバータの出力電圧ｖと出力電流ｉとの関係は、同図（２）に示したように、比例関係にある。
【０００３】
共振型インバータに接続した加熱コイルにより被加熱部材を誘導加熱する場合、被加熱部材の加熱温度の制御は、インバータの出力電流を介して被加熱部材に生ずる渦電流を制御することによって行なわれる。そして、インバータを単独で運転する場合、出力電圧ｖと出力電流ｉとは、上記したように比例関係にあるので、出力電圧を制御することによって容易に出力電流を制御することが可能で、加熱温度の制御を正確に行なうことができる。
【０００４】
一方、複数の加熱コイルのそれぞれに対応して共振型インバータを設け、複数の加熱コイルによって誘導加熱を行なう誘導加熱装置がある。この場合、各加熱コイル間における温度低下を防止するなどの目的のため、各加熱コイルを近接して配置している。このため、このような誘導加熱装置は、各加熱コイル間において相互誘導を生ずる。
【０００５】
例えば、図７に示した誘導加熱装置１のように、第１加熱ユニット１０と第２加熱ユニット２０とを備えており、各加熱ユニット１０、１２のそれぞれが第１逆変換部（インバータ）１２、第２逆変換部２２と、これらの逆変換部１２、２２に対応した第１負荷部１４、第２負荷部２４とが設けられ、各負荷部１４、２４の第１加熱コイル１６、第２加熱コイル２６が近接配置されているとする。そして、各逆変換部１２、２２は、第１チョッパ回路１８、第２チョッパ回路２８を介して順変換部３に並列接続してある。また、各加熱ユニット１０、２０の負荷部１４、２４は、加熱コイル１６、２６とコンデンサＣ１ 、Ｃ２ が直列接続してあって、逆変換部１２、２２が直列共振型インバータを構成している。なお、図７において、ｖ１ 、ｉ１ は第１逆変換部１２の出力電圧と出力電流、Ｒ１ は第１加熱コイル１６の内部抵抗、Ｌ１ は第１加熱コイル１６の自己インダクタンスである。また、ｖ２ 、ｉ２ 、Ｒ２ 、Ｌ２ は、それぞれ第２逆変換部２２の出力電圧と出力電流、第２加熱コイル２６の内部抵抗と自己インダクタンスである。
【０００６】
図７のように、２つの加熱コイル１６、２６が近接配置されると、各加熱コイル間１６、２６において相互誘導が発生し、同図に示したように、第１負荷部１４には、第２逆変換部２２の出力電流ｉ２ による誘導電圧ｖＭ２生じ、第２負荷部２４には第１逆変換部１２の出力電流ｉ１ による誘導電圧ｖＭ１が生ずる。このため、第１逆変換部１２と第２逆変換部２２との出力電圧ｖ１ 、ｖ２ は、
【数１】
【０００７】
そして、各出力電流ｉ１ 、ｉ２ が同期している場合、上記数式１と数式２とは、
【数３】
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば第１逆変換部１２の出力電圧に関する数式３において、相互誘導電圧（誘導電圧）ｊωＭｉ２ ＝一定としたときに、出力電流ｉ１ が減少してくると、（Ｒ１ ＋ｊＸＬ１−ｊＸＣ１）ｉ１ が小さくなり、特にカッコ内の値が容量性である場合、出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ との関係が図９のようになって、出力電圧ｖ１ が極小値を有するようになる。すなわち、出力電流ｉ１ の小さい領域においては、出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ とが比例しないため、第１逆変換部１２の出力電圧ｖ１ によって出力電流ｉ１ を制御することが困難となり、被加熱部材の温度制御をすることができなくなる。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、低出力電流領域においても出力電圧によって出力電流を制御できるようにすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る誘導加熱装置の運転方法は、複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータを備えた誘導加熱装置の運転方法であって、任意運転時の前記各インバータの出力電流を検出し、そのときの制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下と他の前記インバータの出力電流に基づく誘導電圧とを求め、これらの電圧降下と誘導電圧との前記各インバータの定格出力電流運転時における定格時電圧降下と定格時誘導電圧とにおいて、前記制御対象インバータの定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を前記定格時誘導電圧と係数との積とし、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時における定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、このときの前記制御対象インバータの定格時出力電圧と前記定格出力電流間の位相角とを求め、前記任意運転時の前記制御対象インバータを、求めた前記係数と前記位相角とが得られるように前記制御対象インバータの出力周波数を制御する、ことを特徴としている。
【００１１】
また上記運転方法を実施できる誘導加熱装置は、複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータと、これら各インバータの出力電圧を検出する電圧検出器と、前記各インバータの出力電流を検出する電流検出器と、制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下を検出する電圧降下検出部と、前記制御対象インバータの負荷部における前記他のインバータの出力電流に基づく誘導電圧を検出する誘導電圧検出部と、この誘導電圧検出部と前記電圧降下検出部との検出信号に基づいて、前記各インバータの定格出力電流運転時における前記制御対象インバータの前記インピーダンスによる定格時電圧降下と前記他のインバータの定格出力電流による定格時誘導電圧とを求めるとともに、前記定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積としたときに、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時の定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、前記定格時出力電圧と前記定格出力電流との位相角とを求める定格時運転条件演算部と、前記制御対象インバータの任意運転時における前記出力電圧と、前記インピーダンスによる電圧降下と前記誘導電圧との和との比が前記定格時運転条件演算部により求めた前記係数を満足するように、前記制御対象インバータの出力電圧と出力電流との位相角が得られる前記制御対象インバータの出力周波数を求める制御周波数演算部と、を有することを特徴としている。
【００１２】
【作用】
上記のごとくなっている本発明は、各インバータの定格出力電流運転時における制御対象インバータの負荷部のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とし、定格時出力電圧が、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和に対して所定値以上となるように前記係数を設定して制御対象インバータの実質的なインピーダンスを大きくし、各加熱コイル間において誘導電圧が生じた場合であっても、制御対象インバータの任意運転時における出力電圧と、負荷部のインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧との和との比が、設定した前記係数が得られるように制御対象インバータの出力周波数を制御することにより、出力電流の小さな領域においても出力電圧と出力電流との間に比例関係が得られるようする。したがって、インバータの出力電圧によってインバータの出力電流を制御することができ、被加熱部材の温度制御を高精度で行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る誘導加熱装置の運転方法および誘導加熱装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。図１において、誘導加熱装置１００は、交流電源１０２に順変換部１０４が接続してあり、順変換部１０４の出力側に平滑コンデンサ１０６が設けてある。この順変換部１０４は、交流電源１０２が出力する交流電力を直流電力に変換する。そして、誘導加熱装置１００は、第１加熱ユニット２００と第２加熱ユニット３００とを有している。これらの加熱ユニット２００、３００は、平滑コンデンサ１０６に並列に接続してある。
【００１４】
各加熱ユニット２００、３００は、それぞれ直流電源部２０２、３０２、直流電源部２０２、３０２の出力側に設けた逆変換部である第１インバータ２０４、第２インバータ３０４、第１負荷部２０６、第２負荷部３０６を有している。各直流電源部２０２、３０２は、周知のチョッパ回路２１０、３１０と、この出力側に設けた平滑用のコンデンサ２１２、３１２とから構成してある。また、第１インバータ２０４、第２インバータ３０４は、各アームがトランジスタと、このトランジスタに逆並列に接続したダイオードからなるブリッジ回路によって構成してある。そして、各インバータ２０４、３０４の出力側には、それぞれに対応して第１負荷部２０６、第２負荷部３０６が接続してある。各第１、第２負荷部２０６、３０６は、それぞれ第１加熱コイル２１４、第２加熱コイル３１４とコンデンサ２１６、３１６とが直列に接続してある。したがって、各インバータ２０４、３０４は、直列共振型インバータを構成している。なお、図１において加熱コイル２１４、３１４の内部抵抗は省略してある。また、図１に示した符号Ｌ１ 、Ｌ２ は、第１加熱コイル２１４と第２加熱コイル３１４との自己インダクタンスを示す。
【００１５】
さらに、各インバータ２０４、３０４の出力側には、インバータ２０４、３０４の出力電圧を検出する電圧検出器２１８、３１８がインバータ２０４、３０４と並列に設けてあるとともに、インバータ２０４、３０４の出力電流を検出する電流検出器２２０、３２０が加熱コイル２１４、３１４、コンデンサ２１６、３１６と直列に設けてある。これらの電圧検出器２１８、３１８、電流検出器２２０、３２０の検出信号は、対応する各加熱ユニット２００、３００のチョッパ回路２１０、３１０に接続した電力制御部２２２、３２２に入力するようになっている。また、電力制御部２２２、３２２には、電力設定器２２４、３２４が接続してある。各電力制御部２２２、３２２は、詳細を後述するように、電力設定器２２４、３２４、電圧検出器２１８、３１８、電流検出器２２０、３２０の出力信号に基づいて、チョッパ回路２１０、３１０の、トランジスタとダイオードとを逆並列接続して形成したチョップ部２２６、３２６をオン・オフし、チョッパ回路２１０、３１０の通流率を変化させる。このため、直流電源部２０２、３０２は、コンデンサ２１２、３１２の両端の電圧の大きさが変化し、インバータ２０４、３０４に与える電圧の大きさが変わって、インバータ２０４、３０４の出力電力を変化させる。
【００１６】
第１加熱ユニット２００と第２加熱ユニット３００とには、それぞれ詳細を後述する第１周波数制御部２３０、第２周波数制御部３３０と、ゲートパルス生成部２３２、３３２とが設けてある。ゲートパルス生成部２３２、３３２は、周波数制御部２３０、３３０の出力側に設けてあって、周波数制御部２３０、３３０の出力信号に基づいて、対応するインバータ２０４、３０４を駆動するゲートパルスを生成し、インバータ２０４、３０４を構成している各トランジスタに与える。そして、第１周波数制御部２３０は、入力側に電圧検出器２１８、電流検出器２２０、３２０が接続してあって、電圧検出器２１８が検出した第１インバータ２０４の出力電圧と、電流検出器２２０が検出した第１インバータの出力電流と、電流検出器３２０が検出した第２インバータ３０４の出力電流とが入力するようになっている。また、第２周波数制御部３３０には、電圧検出器３１８と電流検出器３２０とが検出した第２インバータ３０４の出力電圧と出力電流とが入力するとともに、電流検出器２２０が検出した第１インバータ２０４の出力電流が入力するようになっている。
【００１７】
第１周波数制御部２３０と第２周波数制御部３３０とは、同様に形成してある。そして、図２は、実施形態に係る第１周波数制御部２３０のブロック図を示したものである。
【００１８】
第１周波数制御部２３０は、図２に示したように、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部（電圧降下量検出部）２３６、誘導電圧検出部２３８、制御周波数演算部２４０、定格時運転条件演算部２４２を有する。
【００１９】
位相角検出部２３４は、第１インバータ２０４の出力電圧と出力電流との位相角φ１ を求めるもので、電圧検出器２１８が検出した第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ と、電流検出器２２０が検出した第１インバータ２０４の出力電流ｉ１ とが入力する。また、インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、第１インバータ２０４が電力を供給する第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧の降下量を求めるもので、電流検出器２２０の検出信号が入力するようになっている。そして、誘導電圧検出部２３８は、第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ に基づく、第１負荷部２０６における相互誘導による誘導電圧ｖＭ２が求められるようになっている。この誘導電圧検出部２３８とインピーダンス電圧降下量検出部２３６との出力信号は、定格時運転条件演算部２４２に入力される。
【００２０】
定格時運転条件演算部２４２は、第１インバータ２０４と第２インバータ３０４とが定格出力電流（ｉ１ ＝１００％、ｉ２ ＝１００％）運転（定格運転）されたときの、第１インバータ２０４の出力電圧と第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下と相互誘導電圧とのベクトル図を作成する。また、定格時運転条件演算部２４２は、詳細を後述するように、第１負荷部２０６におけるリアクタンス成分による電圧降下を、第２インバータ３０４の定格運転時の定格出力電流ｉ２０による第１負荷部２０６における誘導電圧（定格時誘導電圧）ＶＭ２０ と係数α１ との積とし、第１インバータ２０４の出力電圧が第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧ＶＭ２０ との和の所定倍（実施形態の場合、２倍）以上となる前記係数α１ 、定格時出力電圧ｖ１０´、定格時出力電圧ｖ１０´と定格出力電流（定格電流）ｉ１０との間の位相角φ１０´とを求め、係数α１ 、位相角φ１０´を制御周波数演算部２４０に送出する。
【００２１】
そして、制御周波数演算部２４０は、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部２３６、誘導電圧検出部２３８、定格時運転条件演算部２４２の出力信号に基づいて、第１インバータ２０４のトランジスタに与えるゲートパルスの周波数を求め、ゲートパルス生成部に２３２に出力する。ゲートパルス生成部２３２の出力したゲートパルスは、制御周波数演算部２４０にフィードバックされる。
【００２２】
このようになっている実施形態に係る誘導加熱装置１００は、順変換部１０４が交流電源１０２の出力する交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ１０６は、順変換部１０４の出力する直流電力を平滑化する。また、誘導加熱装置１００は、第１加熱ユニット２００、第２加熱ユニット３００の直流電源部２０２、３０２を形成しているチョッパ回路２１０、３１０が順変換部１０４の出力する直流電力を直流変換し、対応する第１インバータ２０４、第２インバータ３０４に与える。そして、インバータ２０４、３０４は、コンデンサ２１２、３１２によって平滑化された直流電力を交流電力に逆変換して第１負荷部２０６、第２負荷部３０６に与える。
【００２３】
加熱ユニット２００、３００に設けた電力設定器２２４、３２４には、対応するインバータ２０４、３０４の出力すべき電力が設定されており、この設定値が電力制御部２２２、３２２に与えられる。電力制御部２２２、３２２は、対応する電圧検出器２１８、３１８と電流検出器２２０、３２０とが出力する検出信号を読み込み、対応する各インバータ２０４、３０４の実際の出力電力を求め、求めた出力電力を電力設定器２２４、３２４の出力する設定値と比較する。そして、電力制御部２２２、３２２は、インバータ２０４、３０４の出力電力が設定値となるように、チョッパ回路２１０、３１０のチョップ部２２６、３２６に与えるゲートパルスの長さを調節して通流率を変える。
【００２４】
一方、第１加熱ユニット２００の第１周波数制御部２３０は、インピーダンス電圧降下量検出部２３６が電流検出器２２０の検出して出力する第１インバータ２０４の出力電流ｉ１ を読み込み、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる電圧降下量を求める。また、第１周波数制御部２３０の誘導電圧検出部２３８は、電流検出器３２０が検出して出力する第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ を読み込み、第１負荷部２０６における第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ に基づく相互誘導電圧ｖＭ２を求める。
【００２５】
第１負荷部２０６に相互誘導が存在する場合の第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ は、前記したように、
【数５】
【００２６】
誘導電圧検出部２３８は、実施形態の場合、第２インバータ３０４が定格出力電流（定格電流）ｉ２０によって運転されたときに第１負荷部２０６に生ずる定格時誘導電圧ＶＭ２０と、第２インバータ３０４の定格電流ｉ２０とが設定値として与えられており、これらの定格時誘導電圧ＶＭ２０、定格電流ｉ２０ と、電流検出器３２０が検出した現在の第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ とによって、現在の誘導電圧をＶＭ２０ ×（ｉ２ ／ｉ２０）として求めるようになっている。また、インピーダンス電圧降下量検出部２３６は、インピーダンスによる電圧降下のうち、リアクタンスによる電圧降下ｊ（ＸＬ１−ＸＣ１）ｉ１ が定格時誘導電圧ＶＭ２０を定数とする出力電流ｉ１ の関数として近似して求める。すなわち、（ＸＬ１−ＸＣ１）≧０となる周波数において、適当な係数α１を選ぶことにより、
【数６】
【数７】
【００２７】
インピーダンス電圧降下量検出部２３６が求めたインピーダンスによる電圧降下量と、誘導電圧検出部２３８が求めた誘導電圧とは、定格時運転条件演算部２４２に入力される。定格時運転条件演算部２４２は、入力された電圧降下量と誘導電圧とから、各インバータ２０４、３０４が定格電流によって運転されたとき、すなわち第１インバータ２０４の出力電流ｉ１ が１００％値、第２インバータ３０４の出力電流ｉ２ が１００％値のときの制御対象となる第１インバータ２０４について、図３の実線に示したような仮想の電圧ベクトル図を作成する。
【００２８】
定格時運転条件演算部２４２には、第１インバータ２０４が定格電流ｉ１０により運転されたときの、第１加熱コイル２１４の内部抵抗による電圧降下ＶＲ１０ 、第２インバータ３０４が定格電流ｉ２ で運転されたときの第１負荷部２０６における定格時誘導電圧ＶＭ２０ が与えられている。そして、定格時運転条件演算部２４２は、定格電流運転時における第１インバータ２０４の出力電圧（定格時出力電圧）Ｖ１０´と、第１負荷部２０６におけるインピーダンスによる定格時電圧降下と第２インバータ３０４の定格電流運転時の定格時誘導電圧ＶＭ２０ との和との比が予め定めた値（実施形態の場合「２」）以上となる係数α１ と、このときの第１インバータ２０４の定格時出力電圧Ｖ１０´と定格電流ｉ１０との位相角φ１０´とを求める。すなわち、定格時運転条件演算部２４２は、
【数８】
【数９】
【数１０】
【００２９】
制御周波数演算部２４０には、定格時運転条件演算部２４２から係数α１ が入力するとともに、位相角検出部２３４、インピーダンス電圧降下量検出部２３６、誘導電圧検出部２３８の出力が入力するようになっている。位相角検出部２３４は、電圧検出器２１８と電流検出器２２０とが検出した第１インバータ２０４の現在の出力電圧ｖ１ 、出力電流ｉ１ とから、第１インバータ２０４の現在の出力電圧と出力電流との位相角φ１ を求めて制御周波数演算部２４０に出力する。制御周波数演算部２４０は、位相角検出部２３４が求めた位相角φ１ 、インピーダンス電圧降下量検出部２３６が求めたインピーダンスによる電圧降下｛ＶＲ１＋ｊＶＭ２０ ×（ｉ１ ／ｉ１０）｝、誘導電圧検出部２３８が求めた誘導電圧｛ｊＶＭ２０ ×（ｉ２ ／ｉ２０）｝、定格時運転条件演算部２４２が求めた係数α１ に基づいて、
【数１１】
【００３０】
これにより、第１負荷部２０６の実質的なインピーダンスを一定値以上に確保することができ、第１インバータ２０４の出力電圧ｖ１ と出力電流ｉ１ との関係が図５のようになって、出力電流ｉ１ の小さな領域において出力電圧ｖ１ が極小値を有するようなことがなくなる。したがって、第１インバータ２０４の出力電流を出力電圧によって容易、正確に制御することが可能となり、被加熱部材の温度制御を高精度に行なうことができる。また、数式９を満足する場合、図５の電圧−電流の関係において、ｖ１ がｊωＭｉ２ 〜１００％の範囲の広い値を取ることができ、制御性が向上する。
【００３１】
なお、定格時運転条件演算部２４２は、求めたα１ が、α１ ＞０のときには算出したα１ の値をそのまま制御周波数演算部２４０に与え、例えばＲ１ が大きい場合などのように、α≦０のときにはα１ ＝０を制御周波数演算部２４０に出力する。また、第２加熱ユニット３００に設けた第２周波数制御部３３０は、第２インバータ３０４に対して、第１周波数制御部２３０が第１インバータ２０４に対して行なうのと同様の制御を行なう。この場合において、第２インバータ３０４の出力電圧ｖ２ は、次式のように表される。
【数１２】
【００３２】
なお、上記実施形態においては、インピーダンス電圧降下量検出部２３６がインピーダンスによる電圧降下を、
【数１３】
【数１４】
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、定格出力電流運転時における制御対象インバータの負荷部のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積とし、定格時出力電圧が、定格時電圧降下と定格時誘導電圧との和に対して所定値以上となるように前記係数を設定して制御対象インバータの実質的なインピーダンスを大きくし、各加熱コイル間において誘導電圧が生じた場合であっても、制御対象インバータの任意運転時における出力電圧と、負荷部のインピーダンスによる電圧降下と誘導電圧との和との比が、設定した前記係数が得られるように制御対象インバータの出力周波数を制御することにより、出力電流の小さな領域においても出力電圧と出力電流との間に比例関係が得られるようする。したがって、インバータの出力電圧によってインバータの出力電流を制御することができ、被加熱部材の温度制御を高精度で行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る誘導加熱装置の説明図である。
【図２】実施の形態に係る周波数制御部のブロック図である。
【図３】実施の形態に係る定格時運転条件演算部の作用を説明する電圧ベクトル図である。
【図４】実施の形態に係る誘導加熱装置の共振型インバータの任意運転時の運転制御方法を説明する電圧ベクトル図である。
【図５】実施の形態に係る誘導加熱装置の出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図６】共振型インバータを単独運転したときの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図７】２台のインバータのそれぞれに加熱コイルが設けられた誘導加熱装置における相互誘導の説明図である。
【図８】負荷部に相互誘導がある場合の共振型インバータの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図９】負荷部のインピーダンスが容量性である場合の、相互誘導があるときの共振型インバータの出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００………誘導加熱装置、１０４………順変換部、２００………第１加熱ユニット、２０２、３０２………直流電源部、２０４………第１インバータ、２０６………第１負荷部、２１４………第１加熱コイル、２１６、３１６………コンデンサ、２１８、３１８………電圧検出器、２２０、３２０………電流検出器、２３０………第１周波数制御部、２３２、３３２………ゲートパルス生成部、２３４………位相角検出部、２３６………電圧降下検出部（インピーダンス電圧降下量検出部）、２３８………誘導電圧検出部、２４０………制御周波数演算部、２４２………定格時運転条件演算部、３００………第２加熱ユニット、３０４………第２インバータ、３０６………第２負荷部、３１４………第２加熱コイル、３３０………第２周波数制御部。
Claims (2)
- 複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータを備えた誘導加熱装置の運転方法であって、
任意運転時の前記各インバータの出力電流を検出し、
そのときの制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下と他の前記インバータの出力電流に基づく誘導電圧とを求め、
これらの電圧降下と誘導電圧との前記各インバータの定格出力電流運転時における定格時電圧降下と定格時誘導電圧とにおいて、前記制御対象インバータの定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を前記定格時誘導電圧と係数との積とし、
前記制御対象インバータの定格出力電流運転時における定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、このときの前記制御対象インバータの定格時出力電圧と前記定格出力電流間の位相角とを求め、
前記任意運転時の前記制御対象インバータを、求めた前記係数と前記位相角とが得られるように前記制御対象インバータの出力周波数を制御する、
ことを特徴とする誘導加熱装置の運転方法。 - 複数の加熱コイルに対応して設けた共振型インバータと、
これら各インバータの出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記各インバータの出力電流を検出する電流検出器と、
制御対象インバータの負荷部におけるインピーダンスによる電圧降下を検出する電圧降下検出部と、
前記制御対象インバータの負荷部における前記他のインバータの出力電流に基づく誘導電圧を検出する誘導電圧検出部と、
この誘導電圧検出部と前記電圧降下検出部との検出信号に基づいて、前記各インバータの定格出力電流運転時における前記制御対象インバータの前記インピーダンスによる定格時電圧降下と前記他のインバータの定格出力電流による定格時誘導電圧とを求めるとともに、前記定格時電圧降下のリアクタンスによる電圧降下を定格時誘導電圧と係数との積としたときに、前記制御対象インバータの定格出力電流運転時の定格時出力電圧と、前記定格時電圧降下と前記定格時誘導電圧との和との比が所定値以上となる前記係数と、前記定格時出力電圧と前記定格出力電流との位相角とを求める定格時運転条件演算部と、
前記制御対象インバータの任意運転時における前記出力電圧と、前記インピーダンスによる電圧降下と前記誘導電圧との和との比が前記定格時運転条件演算部により求めた前記係数を満足するように、前記制御対象インバータの出力電圧と出力電流との位相角が得られる前記制御対象インバータの出力周波数を求める制御周波数演算部と、
を有することを特徴とする誘導加熱装置。
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-
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