JP2011120411A - 電力供給装置及びその逆変換部の保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズによる異常発生時に生じる逆変換部内のスイッチング素子の故障を効果的に保護することができる電力供給装置及びその逆変換部の保護方法を提供する。
【解決手段】第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを誘導加熱コイル７に供給する電力供給装置１であって、交流電力を直流電力に変換する順変換部２と、順変換部２から供給される直流電力を第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とからなる時分割信号として出力する逆変換部３と、逆変換部の保護部５と、を含み、保護部５は、ノイズ発生の影響を受ける信号を所定時間毎に測定する信号測定回路２１と、信号測定回路２１で測定された測定値に基づいて、ノイズによる異常発生を判定する判定回路２２と、判定回路２２で異常発生を判定したとき順変換部の動作を停止させる誤動作防止信号発生回路２３と、からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給装置及びその逆変換部の保護方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、互いに異なる２つの周波数からなる電力を時分割で切り替えて誘導加熱コイル等の負荷に供給する電力供給装置及び電力供給装置に用いる逆変換部がノイズの発生により生じる誤動作を防止するための逆変換部の保護方法に関する。

高周波加熱による金属の焼入れにおいて、互いに異なる２つの周波数をもつ交流電力を誘導加熱コイルなどの誘導負荷に供給し、この誘導加熱コイルで歯車や螺子等の被加熱物を均一に加熱する技術が知られている。この場合、高い周波数の交流電力は透過深度が浅いので、被加熱物の表面近傍は高い周波数の交流電力で加熱される。一方、低い周波数の交流電力は透過深度が深いので、被加熱物の内部は低い周波数の交流電力で加熱される。従って、被加熱物を互いに異なる２つの周波数で誘導加熱することによって、被加熱物の表面から低い周波数の透過深度の深さ程度までの領域を同時加熱することができる。互いに異なる２つの周波数としては、例えば高い周波数が１００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度であり、低い周波数が１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度である。

このような２周波加熱を実施するための技術として、二つの方式の電力供給装置が知られている。即ち、二つの周波数の駆動信号を重畳させる所謂、重畳方式と、二つの周波数の駆動信号を時分割して切り替える所謂、時分割方式である。

図４は、従来の重畳方式の電力供給装置５０を示すブロック図である。この図に示すように、重畳方式の電力供給装置５０は、各周波数即ち高周波及び低周波に対してそれぞれ順変換部５１ａ、５１ｂと逆変換部５２ａ，５２ｂと、電源制御回路５３ａ，５３ｂと、整合部５４ａ，５４ｂと、を備えており、誘導加熱コイル５５を駆動するように構成されている。

順変換部５１ａ，５１ｂは、商用電源５６ａ，５６ｂ等の交流電力を直流電力に変換し、逆変換部５２ａ、５２ｂに給電する。

逆変換部５２ａ、５２ｂは、インバータとも呼ばれそれぞれ公知の構成である。逆変換部５２ａは、順変換部５１ａから給電される直流電力が電源制御回路５３ａにより制御され高周波電力を生成する。逆変換部５２ｂは、順変換部５１ｂから給電される直流電力が電源制御回路５３ｂにより制御され低周波電力を生成する。
なお、電源制御回路５３ａ，５３ｂは、それぞれ電源側や焼入機側シーケンサ５７からの制御信号により制御される。

各整合部５４ａ，５４ｂは、それぞれ例えば図示しない整合コンデンサ及び電流変成器から構成されている。

従来の重畳方式の電力供給装置５０によれば、順変換部５１ａ，５１ｂから直流電力がそれぞれ給電されることで、逆変換部５２ａ，５２ｂが動作して、それぞれ電源制御回路５３ａ，５３ｂにより制御されて高周波及び低周波の電力が出力され、各整合部５４ａ，５４ｂを介して誘導加熱コイル５５が駆動される。

図５は、重畳方式で誘導加熱コイル５５に印加される波形を示す図である。この図に示すように、誘導加熱コイル５５には高周波電力Ｓ１１と低周波電力Ｓ１２が重畳された電力Ｓ１が印加され、誘導加熱コイル５５内に配置された被加熱物５８が加熱される。

図６は、従来の時分割方式の電力供給装置６０を示すブロック図である。
図６において、時分割方式の電力供給装置６０は、順変換部６１と、逆変換部６２と、電源制御部６３と、高周波用の整合部６４ａ及び低周波用の整合部６４ｂと、誘導加熱コイル６５と、から構成されている。電源制御部６３は、順変換制御回路６３ａと、周波数切り替え制御回路６３ｂと、電源操作回路６３ｃと、電源側シーケンサ６３ｄと、焼入機側シーケンサ６３ｅとから構成されている。

順変換部６１は、商用電源６６等の交流電力を直流電力に変換し、逆変換部６２に給電する。具体的には、順変換部６１は、電源制御部６３の順変換制御回路６３ａで制御されることによって商用電源６６を直流に変換して逆変換部６２へ直流電流Ｉｄｃを供給する。

逆変換部６２は、周波数切り替え制御回路６３ｂにより制御されることで、順変換部６１から供給される直流電流電力から時分割された２つの周波数の電力、即ち時分割された高周波電力又は低周波電力を生成する。
なお、電源制御部６３の順変換制御回路６３ａ及び周波数切り替え制御回路６３ｂは、それぞれ電源側のシーケンサ６３ｄからの制御信号により制御される。

従来の時分割方式の電力供給装置６０によれば、順変換部６１から給電されることにより、逆変換部６２が動作して、周波数切り替え制御回路６３ｂにより制御されて、時分割で高周波電力又は低周波電力を出力し、整合部６４ａ，６４ｂを介して誘導加熱コイル６５を駆動する。

図７は、時分割方式で誘導加熱コイル６５に印加される波形を示す図である。
図７に示すように、誘導加熱コイル６５には、高周波電力Ｓ２１と低周波電力Ｓ２２とからなる電力Ｓ２が時分割で交互に印加され、誘導加熱コイル６５内に配置された被加熱物６７が加熱される。時分割方式の加熱方法によれば、例えば１００ｋＨｚ程度の高い周波数で、被加熱物６７の表面から浅い領域が加熱されると共に、例えば１０ｋＨｚ程度の低い周波数で、被加熱物６７の表面から深い領域が加熱される。その際、２つの周波数のデューティ比を変更することにより、被加熱物６７の最適な焼入れを行うことが可能である。

ところで、重畳方式の電力供給装置５０においては、二つの順変換部５１ａ，５１ｂ及び逆変換部５２ａ，５２ｂが必要である。

これに対して、時分割方式の電力供給装置６０を重畳方式の電力供給装置５０と比較すると、時分割方式の電力供給装置６０では順変換部６１及び逆変換部６２が各一つでよいことから、設置スペースが少なくて済み、設備コストも低く抑えることができる。

特開２００８−８８５９号公報

ところで、このような時分割方式を採用した電力供給装置６０にあっては、周波数切り替えのために、電源制御部６３部内の周波数切り替え制御回路６３ｂに対して、電力側のシーケンサ６３ｄから切り替え制御信号（ロジック信号）を入力するように構成されている。この切り換え制御信号は、例えばローレベル（Ｌレベルとも呼ぶ）で高周波を、ハイレベル（Ｈレベルとも呼ぶ）で低周波を指令するように設定されており、シーケンサ６３ｄから電源制御部６３内の周波数切り替え制御回路６３ｂの基板に対して配線を介して入力される。

この周波数切り替え制御回路６３ｂの基板の周囲には、逆変換部６２や逆変換部６２から時分割された大電力信号を誘導加熱コイル６５に整合させるための整合部６４ａ，６４ｂが配置されている。このため、逆変換部６２や整合部６４ａ，６４ｂから高周波や低周波の大電力からノイズが発生したり、あるいは整合部６４ａ，６４ｂに用いる変成器等から高磁界が発生する。従って、シーケンサ６３ｄから電源制御部６３内の周波数切り替え制御回路６３ｂの基板内への切り替え制御信号の配線は、これらの時分割された高周波や低周波の大電力によるノイズや高磁界の影響を受けやすく、切り替え制御信号にノイズが乗ってしまうことがある。

上述したノイズを排除するために、シーケンサ６３ｄから周波数切り替え制御回路６３ｂへの切り替え制御信号の配線に、通常使用されるノイズを側路するコンデンサ所謂、バイパスコンデンサを設けることにより、ノイズの影響を排除することができるようになった。しかしながら、更に強いノイズの発生による誤動作に備え異常を検出する回路が必要となる。例えば、特許文献１には、負荷に電源を供給する電路の異常を検出する回路等が開示されている。

本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により、ノイズによる逆変換部内の異常発生時に逆変換部を含む電力供給装置を効果的に保護できるようにした電力供給装置を提供することを一目的とし、この電力供給装置の逆変換部の保護方法を提供することを他の目的としている。

本発明者らは、２周波切り替え運転では上記ノイズが発生し易いことを確認し、切り替え制御信号にノイズが乗ると、逆変換部６２に供給される直流電流が低下することを見出した。このノイズが消えると、逆変換部６２に供給される直流電流が上昇する。従って、ノイズが断続的に発生すると、直流電流が波打つことになり、逆変換部６２内のスイッチング素子の故障を引き起こしてしまう現象を見出した。本発明者らは、逆変換部に供給される電力等の監視及びノイズによる異常発生を検出した場合に逆変換部のスイッチング素子を保護することによって電力供給装置を安定して動作させることができるとの知見を得て、本発明に至った。

上記一目的を達成するために、本発明は、第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを時分割で切り替えて誘導加熱コイルに供給する電力供給装置であって、交流電力を直流電力に変換する順変換部と、順変換部から供給される直流電力を第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とからなる時分割信号として出力する逆変換部と、逆変換部の保護部と、を含み、保護部は、ノイズ発生の影響を受ける信号を所定時間毎に測定する信号測定回路と、信号測定回路で測定された測定値に基づいて、ノイズによる異常発生を判定する判定回路と、判定回路で異常発生を判定したとき、順変換部の動作を停止させる誤動作防止信号発生回路と、からなることを特徴とする。

上記構成において、信号測定回路は、好ましくは、順変換部から逆変換部へ供給される直流電流の時間変化率を測定する回路からなる。

上記他の目的を達成するため、本発明は、逆変換部により第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを時分割で切り替えて誘導加熱コイルに供給する電力供給装置の逆変換部の保護方法であって、ノイズ発生の影響を受ける信号を所定時間毎に測定する第１の段階と、第１の段階で測定された測定値に基づいて、ノイズによる異常発生を判定する第２の段階と、第２の段階で異常発生を判定したとき、電力供給装置の動作を停止させる第３の段階と、を含み、第２の段階で異常発生を判定したとき、逆変換部に供給される直流電力を停止することで逆変換部を保護することを特徴とする。

上記構成において、第１の段階で測定する信号を、逆変換部に供給される直流電流とし、第２の段階において、測定値を、演算条件が満たされて演算された直流電流変動許容値を基準に比較して、その比較結果から測定値の変化率を演算し、当該変化率が所定の範囲を超えたとき、異常発生と判定してもよい。

上記第２の段階において、監視開始条件が成立したか否かを判定するステップＳＴ１と、監視開始条件が成立したとき、記憶している直流電流変動許容値及び以前の測定値を消去するステップＳＴ２と、逆変換部が２周波モードで駆動されているか否かを判定するステップＳＴ３と、２周波モードが低周波出力中か高周波出力中の何れかを判定するステップＳＴ４と、２周波モードが低周波出力中の場合には、許容値演算条件が成立したか否かを判定するＳＴ５と、許容値演算条件が成立した場合には、第１の段階で測定された測定値に基づいて直流電流変動許容値を演算して記憶するステップＳＴ６と、直流電流変動許容値と直流電流現在値とを比較し、直流電流現在値が直流電流変動許容値を超えたか否かを判定するステップＳＴ７と、直流電流現在値が直流電流変動許容値の範囲を超えた場合には異常信号が発生したと判定して第３の段階へ進むステップＳＴ８と、から構成してもよい。

本発明の電力供給装置によれば、逆変換部に供給される直流電流等を監視し、ノイズによる異常発生から逆変換部を保護する保護部を設けることによって、逆変換部内のスイッチング素子の故障が効果的に保護することができる。

本発明の電力供給装置の逆変換部の保護方法によれば、２周数切り替え運転で生じ易いノイズや、単周波モードにおいてもノイズが発生した場合、このノイズ発生に基づく逆変換部のスイッチング素子等の誤動作を効果的に防止することができ、スイッチング素子の故障を回避することができる。

本発明の電力供給装置の構成を示す図である。 保護部の動作を示すフローチャートである。 電力供給装置の各部の波形を示し、(Ａ)は直流電圧Ｖｄｃ、（Ｂ）は直流電流Ｉｄｃ、（Ｃ）は制御信号Ｆ１である。 従来の重畳方式の電力供給装置を示すブロック図である。 重畳方式で誘導加熱コイルに印加される波形を示す図である。 従来の時分割方式の電力供給装置を示すブロック図である。 時分割方式で誘導加熱コイルに印加される波形を示す図である。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の電力供給装置１の構成を示す図である。電力供給装置１は、順変換部２と、逆変換部３と、電源制御部４と、保護部５と、整合部６と、誘導加熱コイル７と、を備えている。

順変換部２は、商用電源等の交流電源８に接続され、交流電力を直流電力に変換して逆変換部３に給電する。

逆変換部３は、順変換部２から供給される直流電力を交流電力に変換する所謂、インバータである。逆変換部３は、例えば電圧型インバータで構成される。逆変換部３には、順変換部２から直流出力電圧が一定となるような直流電力が供給される。

電源制御部４は、順変換部２と逆変換部３を制御する回路であって、順変換制御回路１１と、周波数切り替え制御回路１２と、電源操作回路１３と、電源側や焼入機側のシーケンサ１４と、から構成されている。

交流電源８を直流電力に変換する順変換部２は、電源制御部４の順変換制御回路１１により制御されることにより、逆変換部３に所定の直流電力を供給する。順変換部２に流れる直流電流をＩｄｃと呼ぶ。

逆変換部３は、電源制御部４の周波数切り替え制御回路１２により制御されることにより、この直流電流Ｉｄｃから、二つの周波数、例えば２００ｋＨｚの高周波と１０ｋＨｚの低周波の駆動信号を生成する。つまり、周波数切り替え制御回路１２は、逆変換部３のスイッチング素子を、高周波及び低周波で駆動するための信号を発生する。

順変換制御回路１１及び周波数切り替え制御回路１２は、電源側のシーケンサ１４からの制御信号により、電源操作回路１３を介して制御される。

ここで、シーケンサ１４から逆変換部３の周波数切り替え制御回路１２に第１〜第３の制御信号が出力される。
第１の制御信号（以下、ＤＴとも呼ぶ）は、所定の周期Ｔ（例えば１００ｍｓ）で高周波の期間及び低周波の期間をデューティ比として決定するロジック信号である。このロジック信号は、Ｌ（ロー）レベルで高周波を、Ｈ（ハイ）レベルで低周波を設定する。従って、第１の制御信号ＤＴは、ロジック信号のデューティ比１０〜９０％（例えばＨレベルの期間が１０〜９０ｍｓ）の間で、低周波及び高周波の切り替えを設定する（２周波モードと呼ぶ）。ロジック信号のデューティ比９１〜１００％（例えばＬレベルの期間が９１〜１００ｍｓ）では、実質的に低周波を設定（低周波モードと呼ぶ）すると共に、ロジック信号のデューティ比０〜９％（例えばＨレベルの期間が０〜９ｍｓ）では、実質的に高周波を設定（高周波モードと呼ぶ）する。

これに対して、第２の制御信号（以下、Ｆ１Ｓとも呼ぶ）は、低周波出力の期間（低周波モード）を設定するロジック信号である。このロジック信号はＨレベルで低周波出力を設定する。従って、第２の制御信号（Ｆ１Ｓ）は、前述した第１の制御信号（ＤＴ）に対して、その低周波モード及び２周波モードの期間、Ｈレベルとなる。

第３の制御信号（以下、Ｆ２Ｓとも呼ぶ）は、高周波出力の期間（高周波モード）を設定するロジック信号である。このロジック信号はＨレベルで高周波出力を設定する。従って、第３の制御信号（Ｆ２Ｓ）は、前述した第１の制御信号（ＤＴ）に対して、その２周波モード及び高周波モードの期間、Ｈレベルとなる。

そして、周波数切り替え制御回路１２は、電源側シーケンサ１４からの第１〜第３の制御信号（ＤＴ，Ｆ１Ｓ，Ｆ２Ｓ）に基づいて、２周波動作状態信号、即ち低周波動作期間及び高周波動作期間を表す制御信号（Ｆ１，Ｆ２と呼ぶ）を生成し、これらの制御信号Ｆ１，Ｆ２に基づいて、逆変換部３のスイッチング素子を制御するゲート信号を生成して、逆変換部３に出力する。これにより、逆変換部３からは、時分割された第１周波数の高周波電力及び第２周波数の低周波電力が整合部６へ出力される。
なお、本発明においては、低周波電力及び高周波電力が出力される２周波モードを、この前後の時間領域で出力される低周波モード及び高周波モードから区別するために、２周波モードの低周波や高周波の出力状態を、それぞれ低周波出力中、高周波出力中と呼ぶことにする。

整合部６は、逆変換部３と誘導加熱コイル７との間に接続されており、高周波用及び低周波用の二つの整合回路６ａ，６ｂを有している。高周波用及び低周波用の整合回路６ａ，６ｂは、図示しないが、整合トランス、整合コンデンサや電流変成器等から構成されている。整合コンデンサは、電流変成器に接続されることにより、共振回路を構成する。電流変成器は、一次コイルが整合コンデンサや整合トランスを介して逆変換部３に接続されていると共に、二次コイルが誘導加熱コイル７に接続されている。このようにして、整合部６は、誘導加熱コイル７を駆動するように構成されている。
ここで、整合部を構成する整合コンデンサや電流変成器は、それぞれ逆変換部３からの高周波及び低周波の駆動信号に対して最適のものが選択される。

以上の構成は、図６に示した電力供給装置１と同様の構成であり、本発明による電力供給装置１は、以下に説明する逆変換部３の保護部５を備えていることを特徴としている。
図１に示すように、保護部５は、電源側や焼入機側のシーケンサ１４内に設けられている。保護部５は、信号測定回路２１と、判定回路２２と、誤動作防止信号発生回路２３と、から構成されている。

信号測定回路２１は、ノイズ発生の影響を受ける信号を所定時間毎に測定する回路である。ノイズ発生の影響を受ける信号は、例えば逆変換部に供給される直流電流である。信号測定回路２１は、所定時間毎に電力供給装置１の逆変換部３に供給される直流電流Ｉｄｃを検出して、測定値を判定部２２に出力する。直流電流Ｉｄｃの検出には直流電流用のセンサを使用することができる。
ここで、所定時間は、第１の制御信号（ＤＴ）の設定値によって出力される各周波数の最短時間である１０ｍｓ未満とすることができる。

判定回路２２は、信号測定回路２１からの直流電流Ｉｄｃの測定値に基づいて、ノイズによる異常発生を判定する。その際、判定回路２２は、先ず監視開始条件が成立したか否かを判定する。即ち、判定回路２２は、電源操作回路１３をモニタすることにより、例えば出力設定値が所定の出力未満、例えば出力設定の２０％未満の場合には、直流電流Ｉｄｃに異常が発生したとしても、逆変換部３内のスイッチング素子が故障するおそれがないので、直流電流Ｉｄｃの判定を実行する必要がない。ここで、出力設定の２０％とは、順変換部２が電圧制御電源の場合にはこの電源の定格電圧の２０％を、電流制御電源の場合には、この電源の定格電流の２０％を示している。
従って、監視開始条件が成立したとき、例えば出力設定値が２０％以上の場合に、判定回路２２は、ノイズによる異常発生の判定を実行する。

さらに、判定回路２２は、前述した第１の制御信号ＤＴに基づいて、逆変換部３が低周波で動作しているときと、高周波で動作しているときで、互いに異なる方式で、ノイズによる異常発生の判定を実行する。即ち、判定回路２２は、逆変換部３の低周波動作時及び高周波動作時において、許容値演算条件が成立したか否かを判定する。
ここで、許容値演算条件とは、直流電流Ｉｄｃの低下を監視する場合には、出力設定値が変更なく且つ測定値（直流電流現在値）が直前の測定値より大きいか否かであり、直流電流Ｉｄｃの電流値の上昇を監視する場合には、出力設定値が変更なく且つ測定値（直流電流現在値）が直前の測定値より小さいか否かである。

判定回路２２は、許容値演算条件が成立しているとき、直流電流現在値に基づいて直流電流変動許容値を演算する。直流電流変動許容値は、ある範囲内の値、つまり、直流電流変動許容範囲としてもよい。これにより、判定回路２２は、逆変換部３の低周波動作時及び高周波動作時において、それぞれ直流電流変動許容値を演算して演算レジスタに記憶する。

次に、判定回路２２は、測定値（直流電流現在値）と直流電流変動許容値とを比較することにより、測定値が直流電流変動許容値を超えているときに、異常信号が検出したと判定し、誤動作防止信号発生回路２３に異常信号の発生を出力する。誤動作防止信号発生回路２３は、異常信号の発生が入力されたときに、誤動作防止信号を電源操作回路１３に出力して、逆変換部３の動作を停止させる。

なお、第１の制御信号（ＤＴ）は、Ｌレベルが高周波に対応しており、特にノイズの影響を受けやすいことから、逆変換部３が高周波で動作しているときのみ、判定回路２２にてノイズによる異常発生の判定を実行するようにしてもよい。

また、判定回路２２は、電源操作回路１３をモニタすることにより、加熱動作終了または出力設定値の変更、あるいは第１の制御信号（ＤＴ）の切り替えの何れかが発生したとき、演算データリセット条件が成立したとして、直流電流変動許容値が記憶されている演算レジスタをリセットする。つまり、加熱動作終了、出力設定値の変更、あるいは第１の制御信号（ＤＴ）の切り替えの場合には、逆変換部３に供給される直流電流Ｉｄｃが変化するので、直流電流変動許容値を再計算する必要がある。このため、再計算の前に直流電流変動許容値が記憶されている演算レジスタをリセットする。

本発明実施形態による電力供給装置１は以上のように構成されており、順変換部２から直流電力が給電されて逆変換部３が動作する。逆変換部３は、周波数切り替え制御回路１２により制御されて、二つの周波数の駆動信号を時分割で切り替える。発生した高周波電力と低周波電力は、整合部６を介して誘導加熱コイル７に給電され、誘導加熱コイル７の内部等に配置された被加熱物９が加熱され、熱処理される。

図２は、保護部５の動作を示すフローチャートである。
最初に電力供給装置１が２周波数モードの場合、低周波電力に着目した逆変換部の保護方法について説明する。
図２において、ステップＳＴ１で、判定回路２２により監視開始条件が成立したか否かを判定する。ここで、例えば出力設定値が２０％以上の場合には、判定回路２２は、ステップＳＴ２において、演算レジスタをリセットして、記憶している直流電流変動許容値及び以前の測定値を消去する。

続いて、ステップＳＴ３において、判定回路２２は、第１の制御信号（ＤＴ）のデューティ比から２周波モードか否かを判定し、２周波モードの場合には、さらにステップＳＴ４にて、低周波出力中か否かを判定する。

他方、ステップＳＴ３で２周波モードでない場合には、判定回路２２は、低周波モードであるか高周波モードであるかを判定するステップＳＴ１０以降に進む。

次に、ステップＳＴ４で低周波出力中の場合には、判定回路２２は、ステップＳＴ５にて、許容値演算条件が成立したか否かを判定する。ステップＳＴ４で低周波出力中でない場合には後述するステップＳＴ１１へ進む。

次に、ステップＳＴ５で許容値演算条件が成立したとき、判定回路２２は、ステップＳＴ６にて、信号測定回路２１からの測定値に基づいて、直流電流変動許容値（許容範囲）を演算して、演算レジスタに記憶し、ステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ５で許容値演算条件が成立しない場合には、判定回路２２は、ステップＳＴ６を実行しないで、ステップＳＴ７に進む。

判定回路２２は、ステップＳＴ７にて、信号測定回路２１からの直流電流測定値を、直流電流変動許容値と比較し、測定値が直流電流変動許容値の範囲を超えた場合には、ステップＳＴ８にて、異常信号を誤動作防止信号発生回路２３に出力し、誤動作防止信号発生回路２３は、電源操作回路１３を介して、逆変換部３そして電力供給装置１の動作を停止させる、即ち電源、順変換部２をオフにして処理を終了する。

これに対して、ステップＳＴ７で測定値が直流電流変動許容値の範囲内である場合、ステップＳＴ９にて演算データリセット条件が成立するか否かを判定する。

ステップＳＴ９で演算データリセット条件が成立した場合は、判定回路２２は、ステップＳＴ１に戻り処理を続行する。また、ステップＳＴ９で演算データリセット条件が成立しない場合には、判定回路２２は、ステップＳＴ３に戻り処理を続行する。
以上で、保護部５の動作が終了する。

つまり、保護部５において、ノイズによる異常発生を判定する第２の段階は、電力供給装置１が２周波モードの場合には、以下のステップで実行される。
先ず監視開始条件が成立したか否かを判定するステップＳＴ１と、
監視開始条件が成立したとき、記憶している直流電流変動許容値及び以前の測定値を消去するステップＳＴ２と、
逆変換部が２周波モードで駆動されているか否かを判定するステップＳＴ３と、
２周波モードが低周波出力中か高周波出力中の何れかを判定するステップＳＴ４と、
２周波モードが低周波出力中の場合には、許容値演算条件が成立したか否かを判定するＳＴ５と、
許容値演算条件が成立した場合には、第１の段階で測定された測定値に基づいて、直流電流変動許容値を演算して記憶するステップＳＴ６と、
直流電流変動許容値と直流電流現在値とを比較し、直流電流現在値が直流電流変動許容値を超えたか否かを判定するステップＳＴ７と、
直流電流現在値が直流電流変動許容値の範囲を超えた場合には、異常信号が発生したと判定し、第３の段階へ進むステップＳＴ８と、
から構成される。

次に、ステップＳＴ１０以降の高周波電力に着目した逆変換部の保護方法について説明する。
ステップＳＴ３で２周波モードでない場合には、低周波モードか高周波モードとなっている。判定回路２２は、ステップＳＴ１０にて、第１の制御信号（ＤＴ）のデューティ比から低周波モードであるか高周波モードであるかを判定し、高周波モードである場合には、判定回路２２は、ステップＳＴ１１に進み、許容値演算条件が成立したか否かを判定する。つまり、低周波モードでない場合には、高周波モードであると判断して、高周波モードの判定を行う。他方、ステップＳＴ１０が低周波モードである場合には、ステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ１１で許容値演算条件が成立したとき、判定回路２２は、ステップＳＴ１２にて、信号測定回路２１からの測定値に基づいて直流電流変動許容値（許容範囲）を演算して演算レジスタに記憶し、ステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１１で許容値演算条件が成立しない場合には、判定回路２２は、ステップＳＴ１２を実行しないでステップＳＴ１３に進む。

次に、判定回路２２は、ステップＳＴ１３にて、信号測定回路２１からの直流電流測定値を直流電流変動許容値と比較し、測定値が直流電流変動許容値の範囲を超えた場合にはステップＳＴ８に進み、異常信号を誤動作防止信号発生回路２３に出力する。異常信号が入力された誤動作防止信号発生回路２３は、電源操作回路１３を介して逆変換部３そして電力供給装置１の動作を停止させる、即ち電源をオフにして処理を終了する。

これに対して、ステップＳＴ１３で測定値が直流電流変動許容値の範囲内である場合、ステップＳＴ９にて演算データリセット条件が成立するか否かを判定する。

ステップＳＴ９で演算データリセット条件が成立した場合は、判定回路２２はステップＳＴ１に戻り処理を続行する。また、ステップＳＴ９で演算データリセット条件が成立しない場合には、判定回路２２はステップＳＴ３に戻り処理を続行する。
以上で、保護部５の動作が終了する。

上述した保護部５の具体的な動作例を以下に説明する。
逆変換部３の低周波動作の周波数を１０ｋＨｚ，高周波動作の周波数を２００ｋＨｚとして、誘導加熱コイル７を２周波加熱する。低周波電力は６００ｋＷであり、高周波電力は６００ｋＷとした。また、保護部５の信号測定回路２１による直流電流Ｉｄｃの検出周期を１ｍｓとした。判定回路２２は、直流電流Ｉｄｃの低下のみを監視し、直流電流Ｉｄｃの−２０％を直流電流変動許容値（許容範囲）と設定した。

図３は、電力供給装置１の各部の波形を示しており、それぞれ(Ａ)が直流電圧Ｖｄｃであり、（Ｂ）が直流電流Ｉｄｃであり、（Ｃ）が制御信号Ｆ１である。
符号Ｐで示すように、制御信号Ｆ１のＬレベル（高周波出力期間）において、ノイズが発生すると、制御信号Ｆ１にノイズが乗って、ノイズが乗った部分がＨレベルまで変動する。これにより、直流電流Ｉｄｃは、図３（Ｂ）に示すように、ノイズの影響を受けて大きく波打つことになり、電流低下を引き起こす。

従って、保護部５はこの直流電流Ｉｄｃの低下を検出して、逆変換部３そして電力供給装置１の動作を停止させる。これにより、逆変換部３のスイッチング素子の故障が回避されることになる。
なお、図３（Ａ）及び（Ｂ）によれば、直流電圧Ｖｄｃのノイズによる変動はわずかであり、ノイズによる異常発生を効果的に検出するには直流電流Ｉｄｃの変動を監視することが有効であることがわかる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、様々な形態で実施することができる。保護部５は、ノイズの影響を受ける信号として、逆変換部３の直流電流Ｉｄｃを信号測定回路２１により検出しているが、これに限らず、ノイズの影響を受ける信号として他の信号を検出するようにしてもよい。

さらに、保護部５は、図３の具体例では、高周波駆動時のみノイズによる異常検出を行うようになっているが、これに限らず、低周波駆動時にもノイズによる異常検出を行うようにしてもよい。
また、保護部５は、図３の具体例では、直流電流Ｉｄｃが低下するとき、即ち直前の測定値に対して−２０％を下回って低下するときに、ノイズによる異常検出を行うようになっているが、これに限らず、直前の測定値に対して＋２０％を上回って上昇するときにノイズによる異常検出を行うようにしてもよい。

図３では測定値を１ｍｓ毎に収集しているので、直流電流Ｉｄｃの２０％低下は、最短１ｍｓで検出することができる。比較の基準となる直流電流変動許容値は、許容値演算条件が成立しなければ更新されない。しかしながら、第１の制御信号ＤＴが切り替われば許容値演算条件が更新されるので、許容値演算条件が成立しなくても、許容値が更新される最長時間は９０ｍｓ程度となる。例えば、最初の測定値０ｍｓから１ｍｓ毎に測定して、９ｍｓまでの１０回は直流電流変動許容値を更新したとする。次に、１０ｍｓ〜８８ｍｓまでは、許容値演算条件を満たさず直流電流変動許容値の更新をしなかったとする。そして８９ｍｓ目の測定値を比較して、直流電流変動許容値を超えて異常の判定をした場合、比較の基準となった直流電流変動許容値は、最後に直流電流変動許容値を演算した９ｍｓのときの測定値を元に演算した直流電流変動許容値となる。従って、このような場合には１ｍｓ毎の直流電流Ｉｄｃの変化率ではなく、８０ｍｓでの変化率が直流電流変動許容値を超えたことになる。つまり、第１の制御信号ＤＴが変化するまでの最長時間９０ｍｓの間で、直流電流Ｉｄｃの２０％低下を検出することができる。

以上述べたように、本発明によれば、簡単な構成によりノイズによる逆変換部内の異常発生時に逆変換部を含む電力供給装置を効果的に保護することができる。

１ 電力供給装置
２ 順変換部
３ 逆変換部
４ 電源制御部
５ 保護部
６ 整合部
６ａ 高周波用整合回路
６ｂ 低周波用整合回路
７ 誘導加熱コイル
８ 交流電源
９ 被加熱物
１１ 順変換制御回路
１２ 周波数切り替え制御回路
１３ 電源操作回路
１４ シーケンサ
２１ 信号測定回路
２２ 判定回路
２３ 誤動作防止信号発生回路

Claims (5)

1. 第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを時分割で切り替えて誘導加熱コイルに供給する電力供給装置であって、
   交流電力を直流電力に変換する順変換部と、
   上記順変換部から供給される上記直流電力を第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とからなる時分割信号として出力する逆変換部と、
   上記逆変換部の保護部と、を含み、
   上記保護部は、
   ノイズ発生の影響を受ける信号を所定時間毎に測定する信号測定回路と、
   上記信号測定回路で測定された測定値に基づいて、ノイズによる異常発生を判定する判定回路と、
   上記判定回路で異常発生を判定したとき、上記順変換部の動作を停止させる誤動作防止信号発生回路と、からなる、電力供給装置。
2. 前記信号測定回路は、前記順変換部から逆変換部へ供給される直流電流の時間変化率を測定する回路からなる、請求項１に記載の電力供給装置。
3. 逆変換部により第１周波数の交流電力と第２周波数の交流電力とを時分割で切り替えて誘導加熱コイルに供給する電力供給装置の逆変換部の保護方法であって、
   ノイズ発生の影響を受ける信号を所定時間毎に測定する第１の段階と、
   上記第１の段階で測定された測定値に基づいて、ノイズによる異常発生を判定する第２の段階と、
   上記第２の段階で異常発生を判定したとき、上記電力供給装置の動作を停止させる第３の段階と、
   を含み、上記第２の段階で異常発生を判定したとき、上記逆変換部に供給される直流電力を停止することで上記逆変換部を保護する、電力供給装置の逆変換部の保護方法。
4. 前記第１の段階で測定する信号を、前記逆変換部に供給される直流電流とし、
   前記第２の段階において、前記測定値を演算条件が満たされて演算された直流電流変動許容値を基準に比較して、その比較結果から測定値の変化率を演算し、当該変化率が所定の範囲を超えたとき、異常発生と判定する、請求項３に記載の電力供給装置の逆変換部の保護方法。
5. 前記第２の段階において、監視開始条件が成立したか否かを判定するステップ１と、
   上記監視開始条件が成立したとき、記憶している直流電流変動許容値及び以前の測定値を消去するステップ２と、
   前記逆変換部が２周波モードで駆動されているか否かを判定するステップ３と、
   上記２周波モードが低周波出力中か高周波出力中の何れかを判定するステップ４と、
   上記２周波モードが上記低周波出力中の場合には、直流電流変動許容値の演算条件が成立したか否かを判定する５と、
   直流電流変動許容値演算の条件が成立した場合には、前記第１の段階で測定された測定値に基づいて、直流電流変動許容値を演算して記憶するステップ６と、
   上記直流電流変動許容値と直流電流現在値とを比較し、該直流電流現在値が上記直流電流変動許容値を超えたか否かを判定するステップ７と、
   該直流電流現在値が上記直流電流変動許容値の範囲を超えた場合には、異常信号が発生したと判定し、前記第３の段階へ進むステップ８と、
   からなる、請求項３又は４に記載の電力供給装置の逆変換部の保護方法。

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