JP2020009590A - Induction melting furnace - Google Patents

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Abstract

To provide an induction melting furnace capable of reducing dissolution time by optimally controlling output frequency even when a frequency lower limit is set to the output frequency.SOLUTION: In an induction melting furnace, a frequency conversion section 7 comprises a plurality of units of a first unit 7A to an N-th unit 7N, one unit comprising at least one set of inverters 42a, 42b and at least one set of high frequency capacitors 51a, 51b corresponding to the at least one set of inverters. When a calculated load resonance frequency F is equal to or less than a first frequency specified value F1 (NO in a step 11), an inverter is temporarily stopped (STEP 12), and then one unit of the plurality of units is stopped (STEP 13).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炉壁の外周に設けられた加熱コイルに電力供給手段を介して電力を供給することにより炉内に収納された被加熱材を溶解させる誘導溶解炉に関する。   The present invention relates to an induction melting furnace that melts a material to be heated stored in a furnace by supplying electric power to a heating coil provided on an outer periphery of a furnace wall through a power supply unit.

従来、この種の誘導加熱装置としては、下記特許文献1に示すように、順変換器と逆変換器とが直列共振型回路(電圧型回路)を構成する電力変換部を備え、該電力変換部の出力周波数を予め設定されたプログラムに従って、該直列共振型回路の負荷共振周波数よりも高く設定された起動周波数から負荷共振周波数に向かって低減させる制御装置を備えるものが知られている。(下記特許文献1における請求項1参照)。   Conventionally, as this type of induction heating device, as shown in Patent Document 1 below, a forward converter and an inverse converter include a power conversion unit forming a series resonance type circuit (voltage type circuit). There is known a device including a control device for reducing the output frequency of the unit from a starting frequency set higher than the load resonance frequency of the series resonance type circuit toward the load resonance frequency according to a preset program. (See claim 1 in Patent Document 1 below).

特開平3−190082号公報JP-A-3-19082

ここで、誘導溶解炉においては、(1)被加熱材同士のスパーク(瞬時的な重負荷への変動による周波数急変)により負荷変動が常時発生していること、(2)高周波コンデンサの定格電圧超過を防止することから、出力周波数を負荷共振周波数に対して一定以上とする周波数下限値を設定している。   Here, in the induction melting furnace, (1) load fluctuations are constantly occurring due to sparks between the materials to be heated (rapid change in frequency due to instantaneous heavy load fluctuations), and (2) rated voltage of the high-frequency capacitor. In order to prevent the output frequency from exceeding, a lower frequency limit is set so that the output frequency is equal to or higher than a certain value with respect to the load resonance frequency.

しかしながら、出力周波数に周波数下限値を設定した場合には、溶解初期は負荷共振周波数が低いことから、出力周波数の下限値により出力電流が制限され、出力電力が大幅に低減するという問題がある。   However, when a lower frequency limit is set as the output frequency, the load resonance frequency is low in the initial stage of melting, so that the output current is limited by the lower limit of the output frequency, and there is a problem that the output power is greatly reduced.

加えて、出力電力の低下により溶解速度が低下し、結果として、さらに出力周波数が下限値に制限された状態が長く続いてしまうという問題がある。   In addition, there is a problem that the dissolution rate is reduced due to a decrease in output power, and as a result, the state where the output frequency is further limited to the lower limit value continues for a long time.

以上の事情に鑑みて、本発明は、出力周波数に周波数下限値を設定する場合にも、出力周波数を最適に制御して、溶解時間の短縮を図ることができる誘導溶解炉を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention provides an induction melting furnace capable of optimally controlling the output frequency even when setting the lower frequency limit for the output frequency and shortening the melting time. Aim.

第1発明の誘導溶解炉は、炉壁の外周に設けられた加熱コイルに、順変換器と、第1および第2スイッチング素子が交互に動作する逆変換器と、第1および第2高周波コンデンサとが共振型回路を構成する電力変換部と、該第1および第2スイッチング素子に対する制御信号を生成する制御信号生成部とを備える電力供給手段を介して電力を供給することにより、炉内に収納された被加熱材を溶解させる誘導溶解炉であって、
前記加熱コイルへの電力の供給状態から負荷共振周波数を算出する負荷共振周波数算出部と
を備え、
前記逆変換器は、前記第1および第2スイッチング素子を1組として複数組の該第1および第2スイッチング素子により構成されると共に、前記第1および第2高周波コンデンサがこれを1組として前記1組の第1および第2スイッチング素子に対応する自然数倍の組により構成され、1組の該第1および第2スイッチング素子とこれに対応する自然数倍の組の該第1および第2高周波コンデンサとを1ユニットとして複数のユニットにより構成され、
前記負荷共振周波数算出部により算出された負荷共振周波数が所定の周波数規定値以下の場合に、前記複数のユニットの一部を停止することを特徴とする。
An induction melting furnace according to a first aspect of the present invention includes a heating coil provided on an outer periphery of a furnace wall, a forward converter, an inverse converter in which first and second switching elements operate alternately, and first and second high-frequency capacitors. Supplies power through a power supply unit including a power conversion unit that forms a resonance type circuit and a control signal generation unit that generates a control signal for the first and second switching elements. An induction melting furnace for melting the stored material to be heated,
A load resonance frequency calculation unit that calculates a load resonance frequency from a supply state of power to the heating coil,
The inverter is configured by a plurality of sets of the first and second switching elements with the first and second switching elements as one set, and the first and second high-frequency capacitors are configured by using the One set of the first and second switching elements is a natural number multiple of the set, and one set of the first and second switching elements and the corresponding first and second sets of the natural multiple of the same are set. It is composed of a plurality of units with a high-frequency capacitor as one unit,
When the load resonance frequency calculated by the load resonance frequency calculation unit is equal to or lower than a predetermined frequency specified value, a part of the plurality of units is stopped.

第1発明の誘導溶解炉によれば、本願発明者らは、鋭意の試験研究により、負荷共振周波数が、加熱コイルのインダクタンスLおよび高周波コンデンサの静電容量Cの積の1/2乗に反比例することに着目し、高周波コンデンサの静電容量Cを小さくすることで、負荷共振周波数を積極的に変動させるとの知見を得た。   According to the induction melting furnace of the first invention, the inventors of the present invention have conducted intensive studies and studied to make the load resonance frequency inversely proportional to the 1/2 power of the product of the inductance L of the heating coil and the capacitance C of the high-frequency capacitor. Focusing on the fact that the capacitance C of the high-frequency capacitor is reduced, it has been found that the load resonance frequency is positively changed.

すなわち、1組の第1および第2スイッチング素子とこれに対応する自然数倍の組の第1および第2高周波コンデンサとを1ユニットとして複数のユニットにより逆変換器を構成しておき、負荷共振周波数が所定の周波数規定値以下の場合に、複数のユニットの一部を停止することで、負荷共振周波数を積極的に高めるように変動させることができる。   That is, one set of the first and second switching elements and the corresponding set of the first and second high-frequency capacitors corresponding to a multiple of a natural number as one unit constitute an inverter with a plurality of units, and the load resonance is performed. When the frequency is equal to or lower than the predetermined frequency specified value, by stopping a part of the plurality of units, the load resonance frequency can be changed so as to be positively increased.

これにより、出力周波数に周波数下限値を設定した場合にも、被加熱材が冷材の場合に、溶解初期に共振周波数が低く、出力周波数の下限値により出力電流が制限され、出力電力が大幅に低減することを防止することができる。ひいては、出力電力の低下により溶解速度が低下し、結果として、さらに出力周波数が下限値に制限された状態が長く続いてしまうという問題も解消することができる。   As a result, even when the lower limit of the output frequency is set, when the material to be heated is a cold material, the resonance frequency is low in the initial stage of melting, the output current is limited by the lower limit of the output frequency, and the output power is greatly increased. Can be prevented. As a result, it is possible to solve the problem that the dissolution rate decreases due to the decrease in the output power, and as a result, the state in which the output frequency is further limited to the lower limit continues for a long time.

このように、第1発明の誘導溶解炉によれば、出力周波数に周波数下限値を設定する場合にも、出力周波数を最適に制御して、溶解時間の短縮を図ることができる。   As described above, according to the induction melting furnace of the first aspect, even when the lower limit value of the output frequency is set, the output frequency can be optimally controlled to shorten the melting time.

第2発明の誘導溶解炉は、第1発明において、
前記負荷共振周波数算出部により算出された負荷共振周波数が所定の周波数規定値より大きい場合に、停止した前記複数のユニットの一部を起動させることを特徴とする。
An induction melting furnace according to a second aspect of the present invention is the induction melting furnace according to the first aspect,
When the load resonance frequency calculated by the load resonance frequency calculation unit is higher than a predetermined frequency specified value, a part of the plurality of units that have been stopped is started.

第2発明の誘導溶解炉によれば、第1発明において、負荷共振周波数が所定の周波数規定値以下で複数のユニットの一部を停止させた場合でも、溶解の進行に伴って、負荷共振周波数の上昇した場合には、停止させた複数のユニットの一部を起動させることができる。   According to the induction melting furnace of the second aspect, in the first aspect, even when a part of the plurality of units is stopped at a load resonance frequency equal to or lower than a predetermined frequency specified value, the load resonance frequency is increased with the progress of melting. When the number of units has risen, a part of the plurality of stopped units can be activated.

このように、第2発明の誘導溶解炉によれば、出力周波数に周波数下限値を設定する場合にも、出力周波数を溶解状態に応じてより最適に制御して、溶解時間の短縮を図ることができる。   As described above, according to the induction melting furnace of the second invention, even when the lower limit value is set for the output frequency, the output frequency is more optimally controlled according to the melting state, thereby shortening the melting time. Can be.

本実施形態の誘導溶解炉の構成を示す全体構成図。1 is an overall configuration diagram illustrating a configuration of an induction melting furnace according to an embodiment. 図1の誘導溶解炉の回路の一部の詳細を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of a part of a circuit of the induction melting furnace in FIG. 1. 図1の誘導溶解炉における制御処理の内容を示すフローチャート。2 is a flowchart showing the contents of control processing in the induction melting furnace of FIG. 1.

図1を参照して、本実施形態の誘導溶解炉について説明する。誘導溶解炉は、溶解炉内に収納された被加熱材Xを溶解させるものである。   The induction melting furnace of the present embodiment will be described with reference to FIG. The induction melting furnace melts the material to be heated X stored in the melting furnace.

具体的に、誘導溶解炉の制御装置は、電源1と、高圧受電盤2と、変換装置用変圧器3と、電力変換装置4と、高周波整合装置5と、誘導加熱装置6と、制御回路10と、制御装置(コントローラ)100とを備える。   Specifically, the control device of the induction melting furnace includes a power supply 1, a high-voltage power receiving panel 2, a transformer for a conversion device 3, a power conversion device 4, a high-frequency matching device 5, an induction heating device 6, a control circuit, And a control device (controller) 100.

なお、電力変換装置4および高周波整合装置5が本発明の電力変換部に相当する。   Note that the power conversion device 4 and the high-frequency matching device 5 correspond to a power conversion unit of the present invention.

電源1は、定格の交流電源であって、高圧受電盤2に接続されている。   The power supply 1 is a rated AC power supply and is connected to the high-voltage power receiving board 2.

高圧受電盤2は、誘導加熱装置への電源通電・停止と故障発生時の電源遮断を行う装置であって、パワーヒューズ2aと遮断器2bとを備える。パワーヒューズ2aは、短絡事故時に電流遮断する手段であって、遮断器2bは、電源の通電と停止に伴う開閉動作を行う。   The high-voltage power receiving panel 2 is a device for turning on / off the power to the induction heating device and shutting down the power when a failure occurs, and includes a power fuse 2a and a circuit breaker 2b. The power fuse 2a is a means for interrupting a current in the event of a short circuit, and the circuit breaker 2b performs an opening / closing operation when power is supplied and stopped.

変換装置用変圧器3は、高圧受電盤2に接続され、電力変換装置4への入力電圧が所定の値となるように調整する。   The converter transformer 3 is connected to the high-voltage power receiving board 2 and adjusts the input voltage to the power converter 4 to a predetermined value.

電力変換装置4は、変換装置用変圧器3に接続され、50Hzまたは60Hzの商用電源から任意の高周波電流を生成するための装置であって、交流/直流変換器である順変換器41a,41bと、直流/交流変換器である少なくなくとも1組の逆変換器42a,42bとを備え、制御回路10からの出力制御信号により制御される。   The power conversion device 4 is connected to the conversion device transformer 3 and is a device for generating an arbitrary high-frequency current from a 50 Hz or 60 Hz commercial power supply, and is a forward converter 41 a or 41 b that is an AC / DC converter. And at least one set of inverse converters 42a and 42b, which are DC / AC converters, and are controlled by an output control signal from the control circuit 10.

具体的に、電力変換装置4は、入力側にダイオード式順変換器41a,41bを備え、出力側にIGBT式逆変換器42a,42bを備え、順変換器41a,41bにはそれぞれ直列に平滑用リアクトル43a,43bが接続されると共に、順変換器41a,41bに並列に平滑用コンデンサ44aおよび44bが接続される。   Specifically, the power converter 4 includes diode-type forward converters 41a and 41b on the input side, IGBT-type inverters 42a and 42b on the output side, and smoothes in series with the forward converters 41a and 41b, respectively. Reactors 43a and 43b are connected, and smoothing capacitors 44a and 44b are connected in parallel with the forward converters 41a and 41b.

なお、IGBT式逆変換器42a,42bが本発明の第1および第2スイッチング素子に相当する。   The IGBT type inverters 42a and 42b correspond to the first and second switching elements of the present invention.

さらに、電力変換装置4は、順変換器41a,41bの出力側の直流電圧を検出して直流電圧信号(a)を出力する直流電圧検出器45と、直流電流を検出して直流電流信号(b)を出力する直流電流検出器46とを備え、直流電圧検出器45および直流電流検出器46の出力値は、制御回路10に出力される。   Further, the power converter 4 detects a DC voltage on the output side of the forward converters 41a and 41b and outputs a DC voltage signal (a), and a DC voltage detector 45 that detects a DC current and outputs a DC current signal ( b), and output values of the DC voltage detector 45 and the DC current detector 46 are output to the control circuit 10.

高周波整合装置5は、電力変換装置4と誘導加熱装置6との間に設けられて、誘導加熱装置6が低力率であるため負荷力率を改善する。   The high-frequency matching device 5 is provided between the power converter 4 and the induction heating device 6, and improves the load power factor because the induction heating device 6 has a low power factor.

具体的に、高周波整合装置5は、1組の逆変換器42a,42bに対応する少なくとも1組の第1及び第2高周波コンデンサ51a,51bと、高周波整合装置5の出力電流を検出して出力電流信号(d)を出力する電流検出器52および出力電圧を検出して出力電圧信号(e)を出力する電圧検出器53等から構成される。   Specifically, the high-frequency matching device 5 detects at least one set of the first and second high-frequency capacitors 51a and 51b corresponding to one set of the inverters 42a and 42b, and detects and outputs the output current of the high-frequency matching device 5. It comprises a current detector 52 for outputting a current signal (d) and a voltage detector 53 for detecting an output voltage and outputting an output voltage signal (e).

なお、逆変換器42a,42bおよびこれに対応する少なくとも1組の第1及び第2高周波コンデンサ51a,51bで構成される周波数変換部7の詳細を図2を参照して後述する。   The details of the frequency converter 7 including the inverters 42a and 42b and at least one set of the first and second high-frequency capacitors 51a and 51b corresponding thereto will be described later with reference to FIG.

誘導加熱装置6は、電力変換装置4と高周波整合装置5とから供給される高周波電流を加熱コイル61に通電させることにより、溶解炉本体内に収納された被加熱材Xにうず電流を発生させ、うず電流により金属材料間に発生するジュール熱で被加熱材Xを昇温させて溶解させる。   The induction heating device 6 generates an eddy current in the material X to be heated stored in the melting furnace main body by applying a high-frequency current supplied from the power conversion device 4 and the high-frequency matching device 5 to the heating coil 61. The material to be heated X is heated and melted by Joule heat generated between the metal materials due to the eddy current.

制御回路10は、誘導溶解炉の運転・停止、出力調整等の制御を行うと共に、誘導溶解炉の制御装置として出力力率を検出する力率検出部、IGBT式逆変換器42a,42bの制御を行う制御信号生成部としての機能を備える。   The control circuit 10 controls the operation and stop of the induction melting furnace, adjusts the output, etc., and controls the power factor detection unit that detects the output power factor as the control device of the induction melting furnace, and controls the IGBT type inverters 42a and 42b. And a function as a control signal generation unit for performing

具体的に制御回路10は、例えば、力率検出部と、PLL制御部とを備え、力率検出部が、電流検出器52の出力値である高周波整合装置5の出力電流信号(d)と、電圧検出器53の出力値である高周波整合装置5の出力電圧信号(e)とから、高周波整合装置5から出力される交流電流・電圧の出力力率を算出する。また、PLL制御部が、力率検出部により算出された出力力率に基づいて、IGBT式逆変換器42a,42bの制御を行う制御信号を生成する。   Specifically, the control circuit 10 includes, for example, a power factor detection unit and a PLL control unit, and the power factor detection unit generates an output current signal (d) of the high-frequency matching device 5 which is an output value of the current detector 52. The output power factor of the AC current / voltage output from the high-frequency matching device 5 is calculated from the output voltage signal (e) of the high-frequency matching device 5 which is the output value of the voltage detector 53. Further, the PLL control unit generates a control signal for controlling the IGBT type inverters 42a and 42b based on the output power factor calculated by the power factor detection unit.

制御装置100は、主として、当該誘導炉の運転・停止,被加熱材Xへの供給電力調整,構成機器の破損・故障を防止するための保護等を行う。   The control device 100 mainly performs operation / stop of the induction furnace, adjustment of power supply to the material X to be heated, and protection for preventing breakage / failure of component devices.

具体的に、制御装置100は、負荷インピーダンス算出部としての機能を有する。負荷インピーダンス[%R]は、制御装置100において、電力変換装置4の出力電力Poおよび出力電圧Voから算出される(%R=Vo2/Po)。 Specifically, the control device 100 has a function as a load impedance calculating unit. The load impedance [% R] is calculated in the control device 100 from the output power Po and the output voltage Vo of the power conversion device 4 (% R = Vo 2 / Po).

また、制御装置100は、負荷共振周波数算出部としての機能を有する。負荷共振周波数Fは、整合装置5と加熱コイルの61との間で構成される共振回路における共振周波数として算出される{F=1/[2π√(LC)]}。   Further, the control device 100 has a function as a load resonance frequency calculation unit. The load resonance frequency F is calculated as a resonance frequency in a resonance circuit formed between the matching device 5 and the heating coil 61 {F = 1 / [2π√ (LC)]}.

そして、制御装置100は、かかる負荷インピーダンスの算出処理および負荷共振回路の算出処理を一定の処理周期で繰り返し実行する。   Then, the control device 100 repeatedly executes the load impedance calculation process and the load resonance circuit calculation process at a constant processing cycle.

次に、図2を参照して、説明を後回しにした周波数変換部7の詳細を説明する。   Next, with reference to FIG. 2, the details of the frequency conversion unit 7 whose description has been deferred will be described.

周波数変換部7は、少なくとも1組の逆変換器42a,42bおよびこれに対応する少なくとも1組の第1および第2高周波コンデンサ51a,51bで構成されるユニットを1ユニットとして、第1ユニット7A〜第Nユニット7Nの複数のユニットにより構成される。   The frequency conversion unit 7 includes, as one unit, a unit including at least one set of the inverters 42a and 42b and at least one set of the first and second high-frequency capacitors 51a and 51b corresponding thereto. It is composed of a plurality of units of the N-th unit 7N.

ここで、第1ユニットは、1組の高周波コンデンサ51a1,51b1がこれを1組として1組の逆変換器42a1,42b1に対応する自然数倍の組により構成される(図中は1倍の組の場合を示す)。   Here, the first unit is constituted by a set of high-frequency capacitors 51a1 and 51b1 each of which is a natural number corresponding to one set of the inverters 42a1 and 42b1. Pairs are shown).

同様、第2ユニットは、1組の高周波コンデンサ51a2,51b2がこれを1組として1組の逆変換器42a2,42b2に対応する自然数倍の組により構成される(図中は1倍の組の場合を示す)。   Similarly, the second unit is constituted by a set of high-frequency capacitors 51a2 and 51b2, each of which is a natural number multiple corresponding to one set of inverters 42a2 and 42b2. Is shown).

以下、同様にして、第Nユニットは、1組の高周波コンデンサ51aN,51bNがこれを1組として1組の逆変換器42aN,42bNに対応する自然数倍の組により構成される(図中は1倍の組の場合を示す)。   Hereinafter, similarly, the N-th unit is constituted by a set of natural number multiples in which one set of high-frequency capacitors 51aN and 51bN corresponds to one set of inverters 42aN and 42bN. The case of 1-time set is shown).

そして、第1ユニット7A〜第Nユニット7Nの複数のユニットは、これらが加熱コイル17に対して直列に接続されており、各ユニットの逆変換器42a1,42b1〜42aN,42bNへの制御信号(c1)〜(cN)が制御回路10から出力されて、各ユニットの起動および停止が制御可能となっている。   A plurality of units of the first unit 7A to the N-th unit 7N are connected in series to the heating coil 17, and control signals to the inverters 42a1, 42b1 to 42aN, 42bN of each unit ( c1) to (cN) are output from the control circuit 10, so that the start and stop of each unit can be controlled.

次に、図3を参照して、本実施形態の誘導溶解炉における制御処理の内容を説明する。   Next, the contents of the control processing in the induction melting furnace of the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、制御装置100および制御回路10を介して溶解が開始されると(STEP10)、制御装置100は、負荷共振周波数Fを、整合装置5と加熱コイルの61との間で構成される共振回路における共振周波数として算出する{F=1/[2π√(LC)]}(STEP11)。   First, when melting is started via the control device 100 and the control circuit 10 (STEP 10), the control device 100 sets the load resonance frequency F to a resonance circuit formed between the matching device 5 and the heating coil 61. {F = 1 / [2π} (LC)]} (STEP 11).

ここで、算出した負荷共振周波数Fが第1周波数規定値F1より大きい場合には(STEP11でYES)、そのまま溶解を継続する。   Here, when the calculated load resonance frequency F is larger than the first frequency specified value F1 (YES in STEP11), the melting is continued as it is.

一方、算出した負荷共振周波数Fが第1周波数規定値F1以下の場合には(STEP11でNO)、インバータを一時停止した上で(STEP12)、複数のユニットの1ユニットを停止させる(STEP13)。   On the other hand, when the calculated load resonance frequency F is equal to or lower than the first frequency specified value F1 (NO in STEP11), the inverter is temporarily stopped (STEP12), and one of the plurality of units is stopped (STEP13).

例えば、第1〜第6ユニットの6ユニット構成の場合に、共振周波数Fが第1周波数規定値F1より小さくなった場合に、6ユニットのうちの1ユニットを停止させる。   For example, in the case of the six-unit configuration of the first to sixth units, when the resonance frequency F becomes lower than the first frequency prescribed value F1, one of the six units is stopped.

ここで、回路構成の一例を示す。定格3000kvar-3300V-300Hzの高周波コンデンサ51a(51b)の静電容量は146uFである。またインバータ出力電流が仮にIo=8600Aであった場合,高周波コンデンサが16台実装されていたとすると高周波コンデンサ1台当りのコンデンサ電流はIc=537.5Aである。   Here, an example of a circuit configuration is shown. The capacitance of the high-frequency capacitor 51a (51b) having a rating of 3000 kvar-3300 V-300 Hz is 146 uF. Also, if the inverter output current is Io = 8600A, assuming that 16 high frequency capacitors are mounted, the capacitor current per one high frequency capacitor is Ic = 537.5A.

このとき、Vc=I/(2πF×C)[V]から、同一コンデンサ電流Ic=537.5Aでも、出力周波数であるインバータ発振周波数fによって高周波コンデンサ両端電位は変動し、300Hz時にVc'=1953V、180Hz時にVc”=3255Vとなるので、高周波コンデンサ51a(51b)の定格電圧3300VはF2≦177.5Hzで超過してしまう。(なお、補足するとかかる超過を防止するために、定格周波数の60%Fにインバータ発振周波数fの下限リミットを設定している。)
ここで、第1周波数規制値は、例えば、定格周波数に対して60%F(例えば180Hz)であって、共振周波数Fがインバータ発振周波数fの下限リミットに相当する。
At this time, from Vc = I / (2πF × C) [V], even with the same capacitor current Ic = 537.5 A, the potential across the high-frequency capacitor fluctuates according to the inverter oscillation frequency f, which is the output frequency. Since Vc "= 3255 V at 180 Hz, the rated voltage of the high-frequency capacitor 51a (51b) exceeds 3300 V at F2 ≦ 177.5 Hz. (Additionally, in order to prevent such excess, 60% F of the rated frequency is used. Is set to the lower limit of the inverter oscillation frequency f.)
Here, the first frequency regulation value is, for example, 60% F (for example, 180 Hz) with respect to the rated frequency, and the resonance frequency F corresponds to the lower limit of the inverter oscillation frequency f.

この場合、6ユニットのうちの1ユニットを停止させることで、共振周波数F´は、{F´=F×√(6/5)}の関係から、9.5%上昇して、F´=197Hzとなる。   In this case, by stopping one of the six units, the resonance frequency F ′ increases by 9.5% from the relation of {F ′ = F × {(6/5)}, and becomes F ′ = 197 Hz. Become.

共振周波数FがF´に上昇することで、高周波コンデンサ51a(51b)電圧はVc=3255V(180Hz)からVc’=2974V(197Hz)に低下させることができ、さらにインバータ発振周波数fに近接することでインバータ出力電力の低下を最小限にできる。   By increasing the resonance frequency F to F ', the voltage of the high-frequency capacitor 51a (51b) can be reduced from Vc = 3255V (180Hz) to Vc' = 2974V (197Hz), and further close to the inverter oscillation frequency f. Thus, a decrease in inverter output power can be minimized.

そして、1ユニット停止した状態で溶解を行うことで(STEP14)、出力周波数に周波数下限値を設定する場合にも、出力周波数を最適に制御して、溶解時間の短縮を図ることができる。   By dissolving with one unit stopped (STEP 14), the output frequency can be optimally controlled and the dissolution time can be shortened even when setting the lower frequency limit for the output frequency.

次に、制御装置100は、算出した負荷共振周波数Fが、第2周波数規定値F2より大きくなった場合には(STEP21でYES)、インバータを一時停止した上で(STEP22)、停止させていた1ユニットを起動させる(STEP23)。   Next, when the calculated load resonance frequency F becomes larger than the second frequency regulation value F2 (YES in STEP21), the control device 100 temporarily stops the inverter (STEP22) and then stops. One unit is activated (STEP 23).

ここで、第2周波数規定値F2は、第1周波数規定値と同じく、定格周波数に対して60%F(例えば180Hz)であってもよいが、第1周波数規定値F1とは変えてもよい。   Here, similarly to the first frequency specified value, the second frequency specified value F2 may be 60% F (for example, 180 Hz) with respect to the rated frequency, but may be different from the first frequency specified value F1. .

高周波コンデンサの両端電位Vc[=Ic/(2πf×C)]が高周波コンデンサ定格電圧Vc'よりも80%V以下であれば、第1周波数規定値F1(第2周波数規定値F2)を任意に変化させてもよい。ここで、Icは高周波コンデンサ電流、fはインバータ発振周波数、Cは高周波コンデンサ静電容量を示す。

そして、1ユニットを復帰させた上で溶解を再開することで(STEP24)、溶解の進行に伴って負荷共振周波数の上昇した場合に、出力周波数を溶解状態に応じてより最適に制御して、溶解時間の短縮を図ることができる。 一方、算出した負荷共振周波数Fが、第2周波数規定値F2以下の場合には(STEP21でNO)、インバータを一時停止した状態のままで溶解を継続する。
If the potential Vc at both ends of the high-frequency capacitor [= Ic / (2πf × C)] is 80% V or less than the high-frequency capacitor rated voltage Vc ′, the first frequency specified value F1 (second frequency specified value F2) can be arbitrarily set. It may be changed. Here, Ic is a high-frequency capacitor current, f is an inverter oscillation frequency, and C is a high-frequency capacitor capacitance.

Then, by restarting the melting after returning one unit (STEP 24), when the load resonance frequency rises with the progress of the melting, the output frequency is more optimally controlled according to the melting state, The dissolution time can be shortened. On the other hand, when the calculated load resonance frequency F is equal to or lower than the second frequency specified value F2 (NO in STEP21), melting is continued with the inverter temporarily stopped.

そして、溶解が完了するまで(STEP30でNO)、これらSTEP11〜STEP24の処理が繰り返し実行され、溶解が完了すると(STEP30でYES)、出湯が行われる(STEP40)。

以上が、本実施形態の誘導溶解炉における制御処理の詳細であり、かかる誘導溶解炉によれば、出力周波数に周波数下限値を設定する場合にも、出力周波数を最適に制御して、溶解時間の短縮を図ることができる。 より具体的には、第1の効果として、従来の回路接続方法で共振周波数Fを変化させる場合、切換える高周波コンデンサ51a(51b)には必ず開閉機構が必要であった。しかし、周波数変換部7を、少なくとも1組の逆変換器42a,42bおよびこれに対応する少なくとも1組の高周波コンデンサ51a,51bで構成されるユニットを1ユニットとして、第1ユニット7A〜第Nユニット7Nの複数のユニットにより構成し機能させることで、逆変換器42a1,42b1〜42aN,42bNの停止/動作で高周波コンデンサ51a1,51b1〜51aN,51bNの静電容量も可変できることになる。これにより、負荷共振周波数Fを可変制御できるようになる。また、これに伴ってインバータ発振周波数fの下限リミットを低く設定する必要が無くなる。
Until the dissolution is completed (NO in STEP 30), the processes in STEP 11 to STEP 24 are repeatedly executed, and when the dissolution is completed (YES in STEP 30), tapping is performed (STEP 40).

The above is the details of the control processing in the induction melting furnace of the present embodiment. According to such an induction melting furnace, even when the frequency lower limit is set for the output frequency, the output frequency is optimally controlled and the melting time is controlled. Can be reduced. More specifically, as a first effect, when the resonance frequency F is changed by the conventional circuit connection method, the switching high-frequency capacitor 51a (51b) always requires an opening / closing mechanism. However, the frequency conversion unit 7 is defined as a unit composed of at least one set of inverters 42a and 42b and at least one set of high-frequency capacitors 51a and 51b corresponding to the set. By configuring and functioning with a plurality of 7N units, the capacitance of the high-frequency capacitors 51a1, 51b1 to 51aN, 51bN can be varied by stopping / operating the inverters 42a1, 42b1 to 42aN, 42bN. As a result, the load resonance frequency F can be variably controlled. Accordingly, it is not necessary to set the lower limit of the inverter oscillation frequency f low.

例えば、従来の方法での問題である冷材溶解初期時に共振周波数Fが低下し, インバータ発振周波数fの下限リミットに制限されることでインバータ出力電流Ioを制限され、インバータ出力電力Poが制約されるという事象は解決できるようになる。その結果、インバータ出力電力Poを高い設定のまま長時間印加できるので溶解能力が向上する。   For example, the resonance frequency F decreases at the initial stage of the melting of the cold material, which is a problem in the conventional method, and the inverter output current Io is limited by being limited to the lower limit of the inverter oscillation frequency f, and the inverter output power Po is limited. Can be resolved. As a result, the inverter output power Po can be applied for a long time with the high setting, so that the melting ability is improved.

また、第2の効果として、コンデンサ電流Icが大きい為、開閉機構に使用する開閉器または断路器は1台当り100万円程度と高価であり、且つ大型な外形であるため、装置価格上昇と大型化を防止できる目途が無かった。これに対し、本実施形態の誘導溶解炉では、逆変換器42a1,42b1〜42aN,42bNそのものを開閉機構として使用するので、開閉器または断路器を追加する必要が無く、価格と装置外形寸法を抑えることができる。   Also, as the second effect, the switch current or disconnector used for the switching mechanism is expensive at about 1,000,000 yen per unit because the capacitor current Ic is large, and the device has a large external shape. There was no way to prevent the size from increasing. On the other hand, in the induction melting furnace of the present embodiment, since the inverters 42a1, 42b1 to 42aN, and 42bN themselves are used as the switching mechanism, there is no need to add a switch or disconnector, and the price and the outer dimensions of the apparatus are reduced. Can be suppressed.

さらに、第3の効果として、産業用誘導加熱装置では現地で共振周波数Fが設計値と相違する場合などは1台取外しあるいは追加することが標準的に行われる。これに対して、従来のIGBT式逆変換器と高周波コンデンサユニットは大型銅ブスバーで連結されており,高周波コンデンサの変更に大変な労力が必要であった。しかし、本実施形態の誘導溶解炉により容易に共振周波数を変化させることが可能となる。   Further, as a third effect, in the case of the industrial induction heating apparatus, when the resonance frequency F differs from the design value on site, for example, one unit is removed or added as a standard. On the other hand, the conventional IGBT-type inverter and the high-frequency capacitor unit are connected by a large copper bus bar, and changing the high-frequency capacitor requires a great deal of labor. However, the induction melting furnace of the present embodiment makes it possible to easily change the resonance frequency.

なお、本実施形態では、算出した負荷共振周波数Fが、第1周波数規定値F1以下の場合には(STEP11でNO)、インバータを一時停止した上で(STEP12)、複数のユニットの1ユニットを停止させているが(STEP13)、これに限定されるものではなく、第1周波数規定値F1を段階的に複数設けて、負荷共振周波数Fの低下に応じて、段階的に2ユニットあるいは3ユニットの停止を行ってもよい。また、負荷共振周波数Fの低下に応じて、一回で2ユニットあるいは3ユニットの停止を行ってもよい。   In the present embodiment, when the calculated load resonance frequency F is equal to or lower than the first frequency specified value F1 (NO in STEP11), the inverter is temporarily stopped (STEP12), and one of the plurality of units is removed. Although the operation is stopped (STEP 13), the present invention is not limited to this. A plurality of first frequency regulation values F1 are provided in a stepwise manner, and two or three units are provided in a stepwise manner in accordance with a decrease in the load resonance frequency F. May be stopped. Alternatively, two or three units may be stopped at one time according to the decrease in the load resonance frequency F.

同様に、本実施形態では、算出した負荷共振周波数Fが、第2周波数規定値F2より大きくなった場合には(STEP21でYES)、インバータを一時停止した上で(STEP22)、停止させていた1ユニットを起動させているが(STEP23)、これに限定されるものではなく、第2周波数規定値F2を段階的に複数設けて、負荷共振周波数Fの上昇に応じて、停止させていた2ユニットあるいは3ユニットを段階的に起動させてもよい。を行ってもよい。また、負荷共振周波数Fの上方に応じて、一回で停止させていた2ユニットあるいは3ユニットの起動を行ってもよい。   Similarly, in the present embodiment, when the calculated load resonance frequency F becomes larger than the second frequency regulation value F2 (YES in STEP21), the inverter is temporarily stopped (STEP22) and then stopped. Although one unit is activated (STEP 23), the present invention is not limited to this. A plurality of second frequency specified values F2 are provided in a stepwise manner, and the unit is stopped in response to an increase in the load resonance frequency F. The unit or three units may be activated in stages. May be performed. Alternatively, two or three units that have been stopped at once may be activated according to the load resonance frequency F.

1…電源、2…高圧受電盤、3…変換装置用変圧器、4…電力変換装置、5…高周波整合装置、6…誘導加熱装置、7…周波数変換部、10…制御回路(制御信号生成部)、16…γ制御回路(位相差検出部)、41a,41b…ダイオード式順変換器、42a,42b(42a1,42b1〜42aN,42bN)…IGBT式逆変換器、51a,51b(51a1,51b1〜51aN,51bN)高周波コンデンサ、61…加熱コイル、100…制御装置、X…被加熱材。 REFERENCE SIGNS LIST 1 power supply 2 high-voltage power receiving panel 3 transformer for conversion device 4 power conversion device 5 high-frequency matching device 6 induction heating device 7 frequency conversion unit 10 control circuit (control signal generation , Γ control circuit (phase difference detection unit), 41a, 41b ... diode type forward converter, 42a, 42b (42a1, 42b1 to 42aN, 42bN) ... IGBT type inverse converter, 51a, 51b (51a1, 51a1) 51b1 to 51aN, 51bN) High-frequency capacitor, 61: heating coil, 100: control device, X: material to be heated.

Claims (2)

炉壁の外周に設けられた加熱コイルに、順変換器と、第1および第2スイッチング素子が交互に動作する逆変換器と、第1および第2高周波コンデンサとが共振型回路を構成する電力変換部と、該第1および第2スイッチング素子に対する制御信号を生成する制御信号生成部とを備える電力供給手段を介して電力を供給することにより、炉内に収納された被加熱材を溶解させる誘導溶解炉であって、
前記加熱コイルへの電力の供給状態から負荷共振周波数を算出する負荷共振周波数算出部と
を備え、
前記逆変換器は、前記第1および第2スイッチング素子を1組として複数組の該第1および第2スイッチング素子により構成されると共に、前記第1および第2高周波コンデンサがこれを1組として前記1組の第1および第2スイッチング素子に対応する自然数倍の組により構成され、1組の該第1および第2スイッチング素子とこれに対応する自然数倍の組の該第1および第2高周波コンデンサとを1ユニットとして複数のユニットにより構成され、
前記負荷共振周波数算出部により算出された負荷共振周波数が所定の周波数規定値以下の場合に、前記複数のユニットの一部を停止することを特徴とする誘導溶解炉。
A heating coil provided on the outer periphery of the furnace wall includes a forward converter, an inverter in which first and second switching elements operate alternately, and a first and a second high-frequency capacitor, which constitute a resonance type circuit. By supplying power through a power supply unit including a conversion unit and a control signal generation unit that generates a control signal for the first and second switching elements, the material to be heated stored in the furnace is melted. An induction melting furnace,
A load resonance frequency calculation unit that calculates a load resonance frequency from a supply state of power to the heating coil,
The inverter is configured by a plurality of sets of the first and second switching elements with the first and second switching elements as one set, and the first and second high-frequency capacitors are configured by using the One set of the first and second switching elements is a natural number multiple of the set, and one set of the first and second switching elements and the corresponding first and second sets of the natural multiple of the same are set. It is composed of a plurality of units with a high-frequency capacitor as one unit,
An induction melting furnace, wherein a part of the plurality of units is stopped when the load resonance frequency calculated by the load resonance frequency calculation unit is equal to or less than a predetermined frequency specified value.
請求項1記載の誘導溶解炉において、
前記負荷共振周波数算出部により算出された負荷共振周波数が所定の周波数規定値より大きい場合に、停止した前記複数のユニットの一部を起動させることを特徴とする誘導溶解炉。
The induction melting furnace according to claim 1,
An induction melting furnace, wherein when the load resonance frequency calculated by the load resonance frequency calculation unit is higher than a predetermined frequency specified value, a part of the plurality of units that have been stopped is started.
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