JP2679552B2 - 誘導加熱装置用インバータの制御装置 - Google Patents
誘導加熱装置用インバータの制御装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被加熱材、例えば圧延
材を誘導加熱するのに用いるインバータを制御する装置
に関する。
材を誘導加熱するのに用いるインバータを制御する装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】熱間圧延ラインを搬送中の圧延材のエッ
ジを加熱するために貫通磁束式誘導加熱装置が使用され
ている。図2は貫通磁束式誘導加熱装置により圧延材を
加熱する状態を示す模式的側面図である。圧延材14の搬
送域の上方及び下方には、上側加熱コイル12及び下側加
熱コイル13が配設されている。上側加熱コイル12及び下
側加熱コイル13は、それぞれ支持部11,11 に支持されて
おり、図示しない駆動装置により各別に上下に移動され
る。また両加熱コイル12,13 には、これらに電力を供給
するインバータ15が接続されている。
ジを加熱するために貫通磁束式誘導加熱装置が使用され
ている。図2は貫通磁束式誘導加熱装置により圧延材を
加熱する状態を示す模式的側面図である。圧延材14の搬
送域の上方及び下方には、上側加熱コイル12及び下側加
熱コイル13が配設されている。上側加熱コイル12及び下
側加熱コイル13は、それぞれ支持部11,11 に支持されて
おり、図示しない駆動装置により各別に上下に移動され
る。また両加熱コイル12,13 には、これらに電力を供給
するインバータ15が接続されている。
【0003】そして圧延材14を所要温度に加熱する場合
は、圧延材14と上側加熱コイル12との距離x及び圧延材
14と下側加熱コイル13との距離yが適長となるように両
加熱コイル12,13 の位置を制御して、インバータ15より
電力を供給された上側加熱コイル12及び下側加熱コイル
13によって圧延材14が所要温度となる所定加熱電力を与
えて圧延材14を加熱する。その際、インバータ15の出力
は図3に示した如き電力制御装置によって制御される。
即ち圧延材14を所要温度に加熱するのに必要な電力を指
令電力信号Pref として電力制御回路21の一入力端子へ
与え、電力制御回路21は後述する電力フィードバック信
号Pfbとの差を解消すべく指令電圧信号Vref を電圧制
御回路22へ出力する。
は、圧延材14と上側加熱コイル12との距離x及び圧延材
14と下側加熱コイル13との距離yが適長となるように両
加熱コイル12,13 の位置を制御して、インバータ15より
電力を供給された上側加熱コイル12及び下側加熱コイル
13によって圧延材14が所要温度となる所定加熱電力を与
えて圧延材14を加熱する。その際、インバータ15の出力
は図3に示した如き電力制御装置によって制御される。
即ち圧延材14を所要温度に加熱するのに必要な電力を指
令電力信号Pref として電力制御回路21の一入力端子へ
与え、電力制御回路21は後述する電力フィードバック信
号Pfbとの差を解消すべく指令電圧信号Vref を電圧制
御回路22へ出力する。
【0004】電圧制御回路22は入力された指令電圧信号
Vref と、後述する電圧フィードバック信号Vfbとの差
を解消すべく電圧信号Vをインバータ15へ出力し、イン
バータ15は電圧信号Vに相当する電圧を加熱コイル12,1
3 へ出力する。一方加熱コイル12,13 に接続した消費電
力検出器16により加熱コイル12,13 の消費電力を検出
し、また端子電圧検出器17により端子電圧を検出する。
そして消費電力検出器16は検出した消費電力を電力フィ
ードバック信号Pfbとして電力制御回路21の他入力端子
へ、又端子電圧検出器17は検出した端子電圧を電圧フィ
ードバック信号Vfbとして電圧制御回路22の他入力端子
へそれぞれ与える。
Vref と、後述する電圧フィードバック信号Vfbとの差
を解消すべく電圧信号Vをインバータ15へ出力し、イン
バータ15は電圧信号Vに相当する電圧を加熱コイル12,1
3 へ出力する。一方加熱コイル12,13 に接続した消費電
力検出器16により加熱コイル12,13 の消費電力を検出
し、また端子電圧検出器17により端子電圧を検出する。
そして消費電力検出器16は検出した消費電力を電力フィ
ードバック信号Pfbとして電力制御回路21の他入力端子
へ、又端子電圧検出器17は検出した端子電圧を電圧フィ
ードバック信号Vfbとして電圧制御回路22の他入力端子
へそれぞれ与える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで前述した誘導
加熱装置では、圧延材の全長を均一に加熱するために、
図4に示した如く圧延材14が加熱コイル12,13 に到達す
るまで(a) 及び圧延材14が加熱コイル12,13 を通過した
後(b) 、即ち無負荷状態においてインバータ15の転流の
安定性及び加熱コイル12,13 の加熱応答性を確保する電
圧を印加する必要がある。しかしその際、加熱コイル1
2,13 の等価インピーダンスが低下するため加熱コイル
に流れる電流が負荷状態で流れる電流より大きくなる。
加熱装置では、圧延材の全長を均一に加熱するために、
図4に示した如く圧延材14が加熱コイル12,13 に到達す
るまで(a) 及び圧延材14が加熱コイル12,13 を通過した
後(b) 、即ち無負荷状態においてインバータ15の転流の
安定性及び加熱コイル12,13 の加熱応答性を確保する電
圧を印加する必要がある。しかしその際、加熱コイル1
2,13 の等価インピーダンスが低下するため加熱コイル
に流れる電流が負荷状態で流れる電流より大きくなる。
【0006】ここで Rc …加熱コイルの抵抗 α…加熱コイルに使用される有効磁束の割合 ω…共振の角周波数 N…加熱コイルの巻数 Re …圧延材の等価抵抗 R…誘導加熱装置,ギャップg,圧延材から成る磁気回
路の磁気抵抗 とすると、加熱コイル12,13 間に圧延材がある場合、即
ち負荷状態における加熱コイル12,13 の等価インピーダ
ンスZL は近似的に、
路の磁気抵抗 とすると、加熱コイル12,13 間に圧延材がある場合、即
ち負荷状態における加熱コイル12,13 の等価インピーダ
ンスZL は近似的に、
【0007】
【数1】
【0008】と表わされ、 S…誘導加熱装置,加熱コイル12,13 間の空間, 圧延材
から成る磁気回路の平均断面積 μ0 …真空状態の透磁率 li …誘導加熱装置の鉄芯部の長さ μs …誘導加熱装置の鉄芯部の比透磁率 とし、前述した圧延材14と加熱コイル12及び加熱コイル
13との距離x及びyに圧延材14の厚さtを加えた距離を
ギャップgとすると、(1) 式における磁気抵抗Rは近似
的に、
から成る磁気回路の平均断面積 μ0 …真空状態の透磁率 li …誘導加熱装置の鉄芯部の長さ μs …誘導加熱装置の鉄芯部の比透磁率 とし、前述した圧延材14と加熱コイル12及び加熱コイル
13との距離x及びyに圧延材14の厚さtを加えた距離を
ギャップgとすると、(1) 式における磁気抵抗Rは近似
的に、
【0009】
【数2】
【0010】と表わされる。そして無負荷状態の加熱コ
イル12,13 の等価インピーダンスZNLは圧延材の等価抵
抗Re =∞と考えられるため(1) 式より
イル12,13 の等価インピーダンスZNLは圧延材の等価抵
抗Re =∞と考えられるため(1) 式より
【0011】
【数3】
【0012】となり、(1) 式と(3) 式を比べるとギャッ
プgが同じであれば、 ZNL<ZL …(4) である。このように他の条件が同じであっても、無負荷
状態では負荷状態より加熱コイル12,13 の等価インピー
ダンスが低下する。
プgが同じであれば、 ZNL<ZL …(4) である。このように他の条件が同じであっても、無負荷
状態では負荷状態より加熱コイル12,13 の等価インピー
ダンスが低下する。
【0013】一方加熱コイル12,13 に流れる電流Iは印
加電圧V, 加熱コイル12,13 のインピーダンスZとする
と、 I=V/|Z| …(5) であるので、無負荷状態の加熱コイル12,13 に流れる電
流をINL、負荷状態の加熱コイル12,13 に流れる電流を
IN とすると、印加電圧Vが変わらなければ(4)式及び
(5) 式より INL>IL となり、無負荷状態のINLが加熱コイル12,13 の最大許
容電流Imax を越える電流、所謂過電流となると、加熱
コイル12,13 は、この過電流によって焼損することにな
る。
加電圧V, 加熱コイル12,13 のインピーダンスZとする
と、 I=V/|Z| …(5) であるので、無負荷状態の加熱コイル12,13 に流れる電
流をINL、負荷状態の加熱コイル12,13 に流れる電流を
IN とすると、印加電圧Vが変わらなければ(4)式及び
(5) 式より INL>IL となり、無負荷状態のINLが加熱コイル12,13 の最大許
容電流Imax を越える電流、所謂過電流となると、加熱
コイル12,13 は、この過電流によって焼損することにな
る。
【0014】一方加熱電源用インバータ15は、前述の如
く電力制御によって運転されているが、無負荷状態では
有効電力は、加熱コイル内の損失分であるPLOSSのみと
なり、このPLOSSは負荷状態の有効電力より非常に小さ
いため、その際の電力フィードバック信号Pfbは指令電
力信号Pref より小さい。そこで電力制御回路21は、電
力フィードバック信号Pfbと指令電力信号Pref との差
がなくなるように指令電圧信号Vref を高める。そのた
め電圧制御回路22の出力電圧信号Vは、インバータ15が
出力し得る最高電圧値まで高くなり、インバータ15はそ
の最高電圧を加熱コイル12,13 に出力する。この場合、
加熱コイル12,13 に流れる電流は許容電流Imax を越え
るため、加熱コイル12,13 は焼損することになる。従っ
てこれらの問題のため、従来の設備は十分余裕をもたせ
たものとなっていた。
く電力制御によって運転されているが、無負荷状態では
有効電力は、加熱コイル内の損失分であるPLOSSのみと
なり、このPLOSSは負荷状態の有効電力より非常に小さ
いため、その際の電力フィードバック信号Pfbは指令電
力信号Pref より小さい。そこで電力制御回路21は、電
力フィードバック信号Pfbと指令電力信号Pref との差
がなくなるように指令電圧信号Vref を高める。そのた
め電圧制御回路22の出力電圧信号Vは、インバータ15が
出力し得る最高電圧値まで高くなり、インバータ15はそ
の最高電圧を加熱コイル12,13 に出力する。この場合、
加熱コイル12,13 に流れる電流は許容電流Imax を越え
るため、加熱コイル12,13 は焼損することになる。従っ
てこれらの問題のため、従来の設備は十分余裕をもたせ
たものとなっていた。
【0015】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あり、圧延材の全長を均一に加熱する誘導加熱用インバ
ータにおいて、無負荷状態の加熱コイルへ過電流が流れ
ないように加熱コイルのギャップに応じてインバータの
出力を制御する装置を提供することを目的とする。
あり、圧延材の全長を均一に加熱する誘導加熱用インバ
ータにおいて、無負荷状態の加熱コイルへ過電流が流れ
ないように加熱コイルのギャップに応じてインバータの
出力を制御する装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係る誘導加熱装
置用インバータ制御装置は、被加熱材の搬送域に配設さ
れ、該被加熱材を誘導加熱するためのコイルに、電力を
供給するインバータの出力を、前記コイルの消費電力が
指令電力となるように制御する装置において、前記コイ
ルと前記搬送域との距離から無負荷状態の前記コイルへ
供給する上限電圧を定め、これを信号として出力する手
段と、前記コイルが無負荷状態の場合に前記インバータ
が安定に転流し得る下限電圧及び前記信号より前記イン
バータの出力を制御する手段とを備えることを特徴とす
る。
置用インバータ制御装置は、被加熱材の搬送域に配設さ
れ、該被加熱材を誘導加熱するためのコイルに、電力を
供給するインバータの出力を、前記コイルの消費電力が
指令電力となるように制御する装置において、前記コイ
ルと前記搬送域との距離から無負荷状態の前記コイルへ
供給する上限電圧を定め、これを信号として出力する手
段と、前記コイルが無負荷状態の場合に前記インバータ
が安定に転流し得る下限電圧及び前記信号より前記イン
バータの出力を制御する手段とを備えることを特徴とす
る。
【0017】
【作用】本発明装置はまず無負荷状態での加熱コイルの
インピーダンスZNL(g) の絶対値|ZNL(g) |を以下の
(6) 式により求める。
インピーダンスZNL(g) の絶対値|ZNL(g) |を以下の
(6) 式により求める。
【0018】
【数4】
【0019】次にインバータの出力電圧の上限値Vmax
(g) の絶対値|Vmax (g) |を(6)式を用いて以下の(7)
式により求める。
(g) の絶対値|Vmax (g) |を(6)式を用いて以下の(7)
式により求める。
【0020】
【数5】
【0021】また本発明装置には、加熱コイルが無負荷
状態の場合にインバータに与える下限値Vmin が、イン
バータが安定に転流でき、かつ次の被加熱材の加熱への
応答性を確保する最低電圧として、予め測定した値に基
づいて設定される。なお、この下限値Vmin は使用する
インバータ固有の値である。
状態の場合にインバータに与える下限値Vmin が、イン
バータが安定に転流でき、かつ次の被加熱材の加熱への
応答性を確保する最低電圧として、予め測定した値に基
づいて設定される。なお、この下限値Vmin は使用する
インバータ固有の値である。
【0022】そしてインバータの出力電圧がVmax (g)
とVmin との範囲内となるように制限する。このように
してVmax がギャップgによって定められるため、無負
荷状態において何れのギャップgでもインバータは加熱
コイルに過電流を発生する出力を行うことはない。また
インバータは、Vmin に相当する電圧が保証されるた
め、無負荷状態において安定に転流できる。
とVmin との範囲内となるように制限する。このように
してVmax がギャップgによって定められるため、無負
荷状態において何れのギャップgでもインバータは加熱
コイルに過電流を発生する出力を行うことはない。また
インバータは、Vmin に相当する電圧が保証されるた
め、無負荷状態において安定に転流できる。
【0023】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面により詳
述する。図1は本発明装置を示すブロック図である。図
中矢符方向に搬送される圧延材14の搬送域Wの上方及び
下方には上側加熱コイル12及び下側加熱コイル13が配設
されており、両加熱コイル12,13 にはそれぞれのコイル
の消費電力及び端子電圧を検出する消費電力検出器16,1
6 及び端子電圧検出器17,17 が付設されている。両加熱
コイル12,13 は支持部11,11 にそれぞれ支持され、図示
しない駆動装置により各別に上下に移動され得るように
なっており、支持部11,11 には両加熱コイル12,13 の位
置を検出する位置センサ18,18 が付設されている。そし
て両加熱コイル12,13 はこたれらに電力を供給するイン
バータ15が接続されている。
述する。図1は本発明装置を示すブロック図である。図
中矢符方向に搬送される圧延材14の搬送域Wの上方及び
下方には上側加熱コイル12及び下側加熱コイル13が配設
されており、両加熱コイル12,13 にはそれぞれのコイル
の消費電力及び端子電圧を検出する消費電力検出器16,1
6 及び端子電圧検出器17,17 が付設されている。両加熱
コイル12,13 は支持部11,11 にそれぞれ支持され、図示
しない駆動装置により各別に上下に移動され得るように
なっており、支持部11,11 には両加熱コイル12,13 の位
置を検出する位置センサ18,18 が付設されている。そし
て両加熱コイル12,13 はこたれらに電力を供給するイン
バータ15が接続されている。
【0024】前記位置センサ18,18 は与えられた情報よ
りギャップgを算出するギャップ算出器19に位置情報を
与えるようになされている。ギャップ算出器19は算出し
たギャップgをインバータ15へ与える上限電圧を演算す
るリミット値演算回路1に与える。リミット値演算回路
1はこの上限電圧を表す信号をインバータ15の出力を制
限するリミッタ2に与えるように接続されている。
りギャップgを算出するギャップ算出器19に位置情報を
与えるようになされている。ギャップ算出器19は算出し
たギャップgをインバータ15へ与える上限電圧を演算す
るリミット値演算回路1に与える。リミット値演算回路
1はこの上限電圧を表す信号をインバータ15の出力を制
限するリミッタ2に与えるように接続されている。
【0025】一方前記消費電力検出器16,16 は電力フィ
ードバック信号Pfbが指令電力信号Pref となるようイ
ンバータ15を制御する電力制御回路21を介して前記リミ
ッタ2に指令電圧信号Vref を与えるべく接続され、リ
ミッタ2はインバータ15の出力電圧を制御する電圧制御
回路22を介してインバータ15に、その出力電圧を制限す
べく接続されている。また電圧制御回路22には前記端子
電圧検出器17,17 が検出した端子電圧信号を与えるよう
に接続されている。
ードバック信号Pfbが指令電力信号Pref となるようイ
ンバータ15を制御する電力制御回路21を介して前記リミ
ッタ2に指令電圧信号Vref を与えるべく接続され、リ
ミッタ2はインバータ15の出力電圧を制御する電圧制御
回路22を介してインバータ15に、その出力電圧を制限す
べく接続されている。また電圧制御回路22には前記端子
電圧検出器17,17 が検出した端子電圧信号を与えるよう
に接続されている。
【0026】次にこのように構成された本発明装置の動
作を説明する。位置センサ18,18 からの情報によりギャ
ップ算出器19にて加熱コイル12,13 間のギャップgを算
出し、これをリミット値演算回路1へ与えると、ここで
無負荷状態の加熱コイル12,13 のインピーダンス|ZNL
(g) |を(6) 式によって求め、更にインバータの上限出
力電圧|Vmax (g) |を(7) 式により求める。このリミ
ット値演算回路1が求めた結果は、上限リミット信号V
Lmaxとしてリミッタ2へ与える。
作を説明する。位置センサ18,18 からの情報によりギャ
ップ算出器19にて加熱コイル12,13 間のギャップgを算
出し、これをリミット値演算回路1へ与えると、ここで
無負荷状態の加熱コイル12,13 のインピーダンス|ZNL
(g) |を(6) 式によって求め、更にインバータの上限出
力電圧|Vmax (g) |を(7) 式により求める。このリミ
ット値演算回路1が求めた結果は、上限リミット信号V
Lmaxとしてリミッタ2へ与える。
【0027】一方無負荷状態においてインバータ15が安
定に転流でき、かつ次の被加熱材の加熱への応答性を確
保する最低電圧として予め測定された下限電圧V
min は、下限リミット信号VLminとしてリミッタ2に設
定されている。ところで電力制御回路21へ指令電力信号
Pref が与えられると、電力制御回路21はこのPref と
加熱コイル12,13 の消費電力たる電力フィードバック信
号Pfbとの差に相当する指令電圧信号Vref を出力する
が、リミッタ2はこのVref を制限する。即ちリミッタ
2はVref >VLmaxの場合はVL =VLmaxとした、逆に
Vref <VLminの場合はVL =VLminとした制限指令電
圧信号VL を電圧制御回路22へ出力する。そして電圧制
御回路22は入力されたVL と加熱コイル12,13 の端子電
圧たる電圧フィードバック信号Vfbとの差を解消すべ
く、電圧信号Vをインバータ15へ出力する。
定に転流でき、かつ次の被加熱材の加熱への応答性を確
保する最低電圧として予め測定された下限電圧V
min は、下限リミット信号VLminとしてリミッタ2に設
定されている。ところで電力制御回路21へ指令電力信号
Pref が与えられると、電力制御回路21はこのPref と
加熱コイル12,13 の消費電力たる電力フィードバック信
号Pfbとの差に相当する指令電圧信号Vref を出力する
が、リミッタ2はこのVref を制限する。即ちリミッタ
2はVref >VLmaxの場合はVL =VLmaxとした、逆に
Vref <VLminの場合はVL =VLminとした制限指令電
圧信号VL を電圧制御回路22へ出力する。そして電圧制
御回路22は入力されたVL と加熱コイル12,13 の端子電
圧たる電圧フィードバック信号Vfbとの差を解消すべ
く、電圧信号Vをインバータ15へ出力する。
【0028】このようにしてギャップgに応じてインバ
ータ15の出力電圧の上限値Vmax (g) を求め、このV
max (g) と予め測定された下限値Vmin との範囲内とな
るようにインバータの出力電圧を制御するため、如何な
るギャップgであっても無負荷状態にて過電流が加熱コ
イル12,13 に流れる虞がなく、また加熱コイルが無負荷
状態であってもインバータが安定に転流でき、かつ次の
被加熱材の加熱の応答性を確保する最低電圧が保証され
る。
ータ15の出力電圧の上限値Vmax (g) を求め、このV
max (g) と予め測定された下限値Vmin との範囲内とな
るようにインバータの出力電圧を制御するため、如何な
るギャップgであっても無負荷状態にて過電流が加熱コ
イル12,13 に流れる虞がなく、また加熱コイルが無負荷
状態であってもインバータが安定に転流でき、かつ次の
被加熱材の加熱の応答性を確保する最低電圧が保証され
る。
【0029】なお上述した実施例では貫通磁束式誘導加
熱装置の場合について記載しているが、本発明はこれに
限られるものでなく、ソレノイド式加熱装置にも適用で
きる。この場合、無負荷状態の加熱コイルのインピーダ
ンス|ZNL(g′) |は、圧延材の搬送域と、その上下の
加熱コイルとの距離、即ち加熱コイルの直径g′と圧延
材の直径g″の関数として表わせばよい。
熱装置の場合について記載しているが、本発明はこれに
限られるものでなく、ソレノイド式加熱装置にも適用で
きる。この場合、無負荷状態の加熱コイルのインピーダ
ンス|ZNL(g′) |は、圧延材の搬送域と、その上下の
加熱コイルとの距離、即ち加熱コイルの直径g′と圧延
材の直径g″の関数として表わせばよい。
【0030】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明においては、如
何なるギャップgであっても無負荷状態の加熱コイルへ
過電流が流れることがないため、加熱コイルの焼損を防
止でき、設備に過剰な余裕をもたせなくてよく、また加
熱コイルが無負荷状態であってもインバータが安定に転
流でき、かつ次の被加熱材の加熱の応答性を確保する最
低電圧が保証されるため、圧延材の全長加熱を安定に行
える等本発明は優れた効果を奏する。
何なるギャップgであっても無負荷状態の加熱コイルへ
過電流が流れることがないため、加熱コイルの焼損を防
止でき、設備に過剰な余裕をもたせなくてよく、また加
熱コイルが無負荷状態であってもインバータが安定に転
流でき、かつ次の被加熱材の加熱の応答性を確保する最
低電圧が保証されるため、圧延材の全長加熱を安定に行
える等本発明は優れた効果を奏する。
【図1】本発明装置を示すブロック図である。
【図2】誘導加熱装置による圧延材の加熱状態を示す模
式図である。
式図である。
【図3】無負荷状態を示す模式図である。
【図4】従来の装置を示すブロック図である。
1 リミット値演算回路 2 リミッタ 12,13 加熱コイル 15 インバータ 18 位置センサ 19 ギャップ算出器
Claims (1)
- 【請求項1】 被加熱材の搬送域に配設され、該被加熱
材を誘導加熱するためのコイルに、電力を供給するイン
バータの出力を、前記コイルの消費電力が指令電力とな
るように制御する装置において、 前記コイルと前記搬送域との距離から無負荷状態の前記
コイルへ供給する上限電圧を定め、これを信号として出
力する手段と、前記コイルが無負荷状態の場合に前記イ
ンバータが安定に転流し得る下限電圧及び前記信号より
前記インバータの出力を制御する手段とを備えることを
特徴とする誘導加熱装置用インバータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28056792A JP2679552B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 誘導加熱装置用インバータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28056792A JP2679552B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 誘導加熱装置用インバータの制御装置 |
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| JPH06111925A JPH06111925A (ja) | 1994-04-22 |
| JP2679552B2 true JP2679552B2 (ja) | 1997-11-19 |
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Family Applications (1)
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1992
- 1992-09-25 JP JP28056792A patent/JP2679552B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH06111925A (ja) | 1994-04-22 |
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