JP2684798B2 - 誘導加熱用インバータの制御方法 - Google Patents
誘導加熱用インバータの制御方法Info
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- JP2684798B2 JP2684798B2 JP1330203A JP33020389A JP2684798B2 JP 2684798 B2 JP2684798 B2 JP 2684798B2 JP 1330203 A JP1330203 A JP 1330203A JP 33020389 A JP33020389 A JP 33020389A JP 2684798 B2 JP2684798 B2 JP 2684798B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続さ
れたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする誘
導加熱用トランジスタ式インバータの運転制御方式に関
する。
れたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする誘
導加熱用トランジスタ式インバータの運転制御方式に関
する。
従来のこの種の誘導加熱用インバータの制御方法とし
ては、誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続されたコ
ンデンサとから成り前記インバータの負荷回路となる直
列共振回路の共振周波数に対し適当に余裕をもつ高い値
の周波数において前記インバータの起動を行い、該起動
の完了後にその出力電力制御系の電力設定値の変更によ
る前記インバータの出力電力制御に移行し、且つ該出力
電力制御に関しては、前記インバータの出力電圧と出力
電流とのなす位相角を調整して所要の出力電力を得る位
相角制御方法と前記インバータの出力周波数を調整して
前記直列共振回路のインピーダンス値と位相角とを変化
させ所要の出力電力を得る出力周波数制御方法とが知ら
れている。
ては、誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続されたコ
ンデンサとから成り前記インバータの負荷回路となる直
列共振回路の共振周波数に対し適当に余裕をもつ高い値
の周波数において前記インバータの起動を行い、該起動
の完了後にその出力電力制御系の電力設定値の変更によ
る前記インバータの出力電力制御に移行し、且つ該出力
電力制御に関しては、前記インバータの出力電圧と出力
電流とのなす位相角を調整して所要の出力電力を得る位
相角制御方法と前記インバータの出力周波数を調整して
前記直列共振回路のインピーダンス値と位相角とを変化
させ所要の出力電力を得る出力周波数制御方法とが知ら
れている。
しかしながら上記の如き誘導加熱用インバータの制御
方法において、先ず前記位相角制御方法はインバータ主
回路スイッチング素子によるインバータ出力電圧の切り
出し時期の決定基準を与えるインバータ出力電流の波形
検出に関して該出力電流中に高調波成分が含まれれば正
確な基本波形検出が困難となり、従って該検出波形を基
準に決定した位相角による出力電力制御の制御精度には
限界があり、更には前記波形検出に関連し複雑多種のア
ナログ回路を必要としていた。他方、前記出力周波数制
御方法については周波数設定器によるインバータ出力周
波数変更巾の設定等の事前準備のために前記インバータ
の負荷回路押となる前記直列共振回路の周波数特性の事
前把握を要するが、該周波数特性は前記誘導加熱コイル
に対する被加熱物の種別或いは加熱運転状態に対応して
変化するものでありその変化模様を事前に正確に把握す
ることは通常困難であり、従って前記の周波数変更巾の
設定等の事前準備内容の修正等手間のかかる再調整作業
を必要としていた。
方法において、先ず前記位相角制御方法はインバータ主
回路スイッチング素子によるインバータ出力電圧の切り
出し時期の決定基準を与えるインバータ出力電流の波形
検出に関して該出力電流中に高調波成分が含まれれば正
確な基本波形検出が困難となり、従って該検出波形を基
準に決定した位相角による出力電力制御の制御精度には
限界があり、更には前記波形検出に関連し複雑多種のア
ナログ回路を必要としていた。他方、前記出力周波数制
御方法については周波数設定器によるインバータ出力周
波数変更巾の設定等の事前準備のために前記インバータ
の負荷回路押となる前記直列共振回路の周波数特性の事
前把握を要するが、該周波数特性は前記誘導加熱コイル
に対する被加熱物の種別或いは加熱運転状態に対応して
変化するものでありその変化模様を事前に正確に把握す
ることは通常困難であり、従って前記の周波数変更巾の
設定等の事前準備内容の修正等手間のかかる再調整作業
を必要としていた。
上記に鑑み本発明は、前記の如きインバータの運転に
関する諸定数設定作業の簡易化と該インバータの起動か
ら定常的電力制御状態に至る一連の動作の円滑化とを図
り、且つ誘導加熱コイルの種別による種々の特性の負荷
回路と前記インバータとの組合せ選択を容易となす誘導
加熱用インバータの制御方法の提供を目的とするもので
ある。
関する諸定数設定作業の簡易化と該インバータの起動か
ら定常的電力制御状態に至る一連の動作の円滑化とを図
り、且つ誘導加熱コイルの種別による種々の特性の負荷
回路と前記インバータとの組合せ選択を容易となす誘導
加熱用インバータの制御方法の提供を目的とするもので
ある。
上記目的を達成するために、本発明の誘導加熱用イン
バータの制御方法は、次の各手段より成るものであり、
第１の手段は、誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続
されたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする
誘導加熱用インバータにおいて、出力可変発信器を有し
時間的にプログラムされた値の周波数指令を出力する周
波数演算回路と、前記インバータの出力電流が上限電流
設定値以上となった状態にて出力を発する電流比較器
と、前記インバータの出力電力の設定値よりその実際値
を差引いた電力偏差を入力とし周波数指令が演算出力す
る電力調節回路と、該電力調節回路の出力と前記周波数
演算回路の出力と前記電力偏差とを入力とし、該電力偏
差が正極性でかつ所定値より大の状態では前記周波数演
算回路の出力を選択通過させ、また該電力偏差が正或い
は負極性でかつ前記所定値以下の状態では前記電力調節
回路の出力を選択通過させる信号選択回路とを設け、前
記インバータの起動時における出力周波数を前記周波数
演算回路の出力する周波数指令に従い前記直列共振回路
の共振周波数よりも高く設定された起動周波数から共振
周波数に向かって低減制御すると共に、この低減制御時
にインバータ出力電流が上限電流設定値以上となれば前
記インバータ出力周波数の低減制御を停止し、以降前記
出力電流が上限電流設定値を超過せぬようにインバータ
の出力周波数制御を行い、前記インバータ出力周波数の
低減制御途上においてインバータ出力電流が上限電流設
定値に達するまで前記信号選択回路が前記電力調節回路
の出力を選択通過させればインバータの出力周波数の低
減制御から前記電力調節回路によるインバータの出力電
力制御に移行させるものである。
バータの制御方法は、次の各手段より成るものであり、
第１の手段は、誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続
されたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする
誘導加熱用インバータにおいて、出力可変発信器を有し
時間的にプログラムされた値の周波数指令を出力する周
波数演算回路と、前記インバータの出力電流が上限電流
設定値以上となった状態にて出力を発する電流比較器
と、前記インバータの出力電力の設定値よりその実際値
を差引いた電力偏差を入力とし周波数指令が演算出力す
る電力調節回路と、該電力調節回路の出力と前記周波数
演算回路の出力と前記電力偏差とを入力とし、該電力偏
差が正極性でかつ所定値より大の状態では前記周波数演
算回路の出力を選択通過させ、また該電力偏差が正或い
は負極性でかつ前記所定値以下の状態では前記電力調節
回路の出力を選択通過させる信号選択回路とを設け、前
記インバータの起動時における出力周波数を前記周波数
演算回路の出力する周波数指令に従い前記直列共振回路
の共振周波数よりも高く設定された起動周波数から共振
周波数に向かって低減制御すると共に、この低減制御時
にインバータ出力電流が上限電流設定値以上となれば前
記インバータ出力周波数の低減制御を停止し、以降前記
出力電流が上限電流設定値を超過せぬようにインバータ
の出力周波数制御を行い、前記インバータ出力周波数の
低減制御途上においてインバータ出力電流が上限電流設
定値に達するまで前記信号選択回路が前記電力調節回路
の出力を選択通過させればインバータの出力周波数の低
減制御から前記電力調節回路によるインバータの出力電
力制御に移行させるものである。
また、第２の手段は、誘導加熱コイルと該コイルに直
列に接続されたコンデンサとから成る直列共振回路を負
荷とする誘導加熱用インバータにおいて、出力可変発信
器を有し時間的にプログラムされた値の周波数指令を出
力する周波数演算回路と、前記インバータの出力電圧と
出力電流とのなす位相角が下限位相角設定値以下となっ
た状態にて出力を発する位相比較器と、前記インバータ
の出力電力の設定値よりその実際値を差引いた電力偏差
を入力とし周波数指令を演算出力する電力調節回路と、
該電力調節回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前
記電力偏差とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所
定値より大の状態では前記周波数演算回路の出力を選択
通過させ、また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記
所定値以下の状態では前記電力調節回路の出力を選択通
過させる信号選択回路とを設け、前記インバータの起動
時における出力周波数を前記周波数演算回路の出力する
周波数指令に従い前記直列共振回路の共振周波数よりも
高く設定された起動周波数から共振周波数に向かって低
減制御すると共に、この低減制御時に前記位相角が下限
位相角設定値以下となれば前記インバータ出力周波数の
低減制御を停止し、以降前記位相角が下限位相角設定値
以下とならぬようにインバータの出力周波数制御を行
い、前記インバータ出力周波数の低減制御途上において
前記位相角が下限位相角設定値に達するまでに前記信号
選択回路が前記電力調節回路の出力を選択通過させれば
インバータの出力周波数の低減制御から前記電力調節回
路によるインバータの出力電力制御に移行させるもので
ある。
列に接続されたコンデンサとから成る直列共振回路を負
荷とする誘導加熱用インバータにおいて、出力可変発信
器を有し時間的にプログラムされた値の周波数指令を出
力する周波数演算回路と、前記インバータの出力電圧と
出力電流とのなす位相角が下限位相角設定値以下となっ
た状態にて出力を発する位相比較器と、前記インバータ
の出力電力の設定値よりその実際値を差引いた電力偏差
を入力とし周波数指令を演算出力する電力調節回路と、
該電力調節回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前
記電力偏差とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所
定値より大の状態では前記周波数演算回路の出力を選択
通過させ、また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記
所定値以下の状態では前記電力調節回路の出力を選択通
過させる信号選択回路とを設け、前記インバータの起動
時における出力周波数を前記周波数演算回路の出力する
周波数指令に従い前記直列共振回路の共振周波数よりも
高く設定された起動周波数から共振周波数に向かって低
減制御すると共に、この低減制御時に前記位相角が下限
位相角設定値以下となれば前記インバータ出力周波数の
低減制御を停止し、以降前記位相角が下限位相角設定値
以下とならぬようにインバータの出力周波数制御を行
い、前記インバータ出力周波数の低減制御途上において
前記位相角が下限位相角設定値に達するまでに前記信号
選択回路が前記電力調節回路の出力を選択通過させれば
インバータの出力周波数の低減制御から前記電力調節回
路によるインバータの出力電力制御に移行させるもので
ある。
さらに、第３の手段では、誘導加熱コイルと該コイル
に直列に接続されたコンデンサとから成る直列共振回路
を負荷とする誘導加熱用インバータにおいて、出力可変
発信器を有し時間的にプログラムされた値の周波数指令
を出力する周波数演算回路と、前記インバータの出力電
流が上限電流設定値以上となった状態にて出力を発する
電流比較器と、前記インバータの出力電圧と出力電流と
のなす位相角が下限位相角設定値以下となった状態にて
出力を発する位相比較器と、前記インバータの出力電力
の設定値よりその実際値を差引いた電力偏差を入力とし
周波数指令を演算出力する電力調節回路と、該電力調節
回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前記電力偏差
とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所定値より大
の状態では前記周波数演算回路の出力を選択通過させ、
また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記所定値以下
の状態では前記電力調節回路の出力を選択通過させる信
号選択回路とを設け、前記インバータの起動時における
出力周波数を前記周波数演算回路の出力する周波数指令
に従い前記直列共振回路の共振周波数よりも高く設定さ
れた起動周波数から共振周波数に向かって低減制御する
と共に、この低減制御時に前記電流比較器と位相比較器
とのいずれか一方が先行動作すれば前記インバータ出力
周波数の低減制御を停止し、以降前記先行動作した比較
器の入力信号が設定値を超過せぬようにインバータの出
力周波数制御を行い、前記インバータ出力周波数の低減
制御途上において前記電流比較器或いは位相比較器が動
作するまでに前記信号選択回路が前記電力調節回路の出
力を選択通過させればインバータの出力周波数の低減制
御から前記電力調節回路によるインバータの出力電力制
御に移行させるものである。
に直列に接続されたコンデンサとから成る直列共振回路
を負荷とする誘導加熱用インバータにおいて、出力可変
発信器を有し時間的にプログラムされた値の周波数指令
を出力する周波数演算回路と、前記インバータの出力電
流が上限電流設定値以上となった状態にて出力を発する
電流比較器と、前記インバータの出力電圧と出力電流と
のなす位相角が下限位相角設定値以下となった状態にて
出力を発する位相比較器と、前記インバータの出力電力
の設定値よりその実際値を差引いた電力偏差を入力とし
周波数指令を演算出力する電力調節回路と、該電力調節
回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前記電力偏差
とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所定値より大
の状態では前記周波数演算回路の出力を選択通過させ、
また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記所定値以下
の状態では前記電力調節回路の出力を選択通過させる信
号選択回路とを設け、前記インバータの起動時における
出力周波数を前記周波数演算回路の出力する周波数指令
に従い前記直列共振回路の共振周波数よりも高く設定さ
れた起動周波数から共振周波数に向かって低減制御する
と共に、この低減制御時に前記電流比較器と位相比較器
とのいずれか一方が先行動作すれば前記インバータ出力
周波数の低減制御を停止し、以降前記先行動作した比較
器の入力信号が設定値を超過せぬようにインバータの出
力周波数制御を行い、前記インバータ出力周波数の低減
制御途上において前記電流比較器或いは位相比較器が動
作するまでに前記信号選択回路が前記電力調節回路の出
力を選択通過させればインバータの出力周波数の低減制
御から前記電力調節回路によるインバータの出力電力制
御に移行させるものである。
〔作用〕 先ず、誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続された
コンデンサとから成り電圧形インバータにより給電され
る直列共振回路の動作状態を以下の第２図〜第６図によ
り説明する。
コンデンサとから成り電圧形インバータにより給電され
る直列共振回路の動作状態を以下の第２図〜第６図によ
り説明する。
第２図は前記のインバータと直列共振回路との接続関
係を示すインバータ主回路図、第３図は前記直列共振回
路の回路図とそのベクトル図、第４図は第２図に示す状
態における前記インバータの出力電圧と出力電流との動
作波形図、第５図は前記インバータ出力電圧の対出力電
流特性図、第６図は前記インバータ出力電圧中の基本波
を基準とした第１図の回路各部諸量の対周波数特性図を
示す。
係を示すインバータ主回路図、第３図は前記直列共振回
路の回路図とそのベクトル図、第４図は第２図に示す状
態における前記インバータの出力電圧と出力電流との動
作波形図、第５図は前記インバータ出力電圧の対出力電
流特性図、第６図は前記インバータ出力電圧中の基本波
を基準とした第１図の回路各部諸量の対周波数特性図を
示す。
第２図において、図（イ）と図（ロ）とはインバータ
部３と3aとの回路構成がそれぞれフルブリッジ形とシン
グルエンドプッシュプル形との場合を示すものであり、
また前記図（イ），図（ロ）何れの場合も、１は整流
器、２は平滑コンデンサ、４は共振コンデンサ、５は誘
導加熱コイルである。
部３と3aとの回路構成がそれぞれフルブリッジ形とシン
グルエンドプッシュプル形との場合を示すものであり、
また前記図（イ），図（ロ）何れの場合も、１は整流
器、２は平滑コンデンサ、４は共振コンデンサ、５は誘
導加熱コイルである。
次に第３図は前記誘導加熱コイル５と共振コンデンサ
４とから成る直列共振回路の電気的詳細を示すものであ
り、図（イ）はその等価回路図でありＣは前記共振コン
デンサ４の静電容量,LとＲとはそれぞれ前記誘導加熱コ
イル５のインダクタンスと抵抗とであり、図（ロ）は図
（イ）に示す直列共振回路に印加される電源の周波数ｆ
の角周波数ωをパラメータとする該共振回路のベクトル
図である。なお前記インダクタンスＬは前記誘導加熱コ
イル５と被加熱物との相対位置関係及び該被加熱物の加
熱状態に応じて変化する。
４とから成る直列共振回路の電気的詳細を示すものであ
り、図（イ）はその等価回路図でありＣは前記共振コン
デンサ４の静電容量,LとＲとはそれぞれ前記誘導加熱コ
イル５のインダクタンスと抵抗とであり、図（ロ）は図
（イ）に示す直列共振回路に印加される電源の周波数ｆ
の角周波数ωをパラメータとする該共振回路のベクトル
図である。なお前記インダクタンスＬは前記誘導加熱コ
イル５と被加熱物との相対位置関係及び該被加熱物の加
熱状態に応じて変化する。
更に第４図は前記の電圧形インバータによりその直流
電源電圧を矩形波状に切り出して得られた出力電圧V0と
該電圧により負荷に通電する出力電流I0との位相角γを
介して相対関係を示す動作波形図である。
電源電圧を矩形波状に切り出して得られた出力電圧V0と
該電圧により負荷に通電する出力電流I0との位相角γを
介して相対関係を示す動作波形図である。
また第５図は負荷インピーダンスＺをパラメータとす
る前記電圧V0の対電流I0特性図であり、図示VouとIouと
はそれぞれ前記電圧V0と電流I0の運転域上限値であり、
またZ1（ω１）とZ2（ω２）とはそれぞれ前記インピー
ダンスＺの角周波数ω１とω２とにおける値であり、図
示の場合はω１＜ω2,Z1＜Z2の関係にある。
る前記電圧V0の対電流I0特性図であり、図示VouとIouと
はそれぞれ前記電圧V0と電流I0の運転域上限値であり、
またZ1（ω１）とZ2（ω２）とはそれぞれ前記インピー
ダンスＺの角周波数ω１とω２とにおける値であり、図
示の場合はω１＜ω2,Z1＜Z2の関係にある。
第６図は前記インバータの負荷となる前記直列共振回
路の各部諸量の対周波数特性図であり、その横軸は周波
数ｆと式ω＝２πｆにて結ばれる角周波数ωを用い、且
つ前記周波数ｆは前記インバータの出力周波数であり前
記の電圧V0と電流I0とにおける基本波周波数となるもの
である。
路の各部諸量の対周波数特性図であり、その横軸は周波
数ｆと式ω＝２πｆにて結ばれる角周波数ωを用い、且
つ前記周波数ｆは前記インバータの出力周波数であり前
記の電圧V0と電流I0とにおける基本波周波数となるもの
である。
第６図において、図（イ）は前記第３図に示した直列
共振回路のベクトル量インピーダンスの絶対値｜｜
の対ω特性図、図（ロ）はV01＞V02の関係にある２組の
前記電圧V0を前記のインピーダンスで除して得られた
電流の絶対値をそれぞれ実線と点線とで示した前記電流
I0の対ω特性図、図（ハ）は前記インピーダンスの位
相角γの対ω特性図、図（ニ）は該位相角γの余弦cos
γの対ω特性図、図（ホ）は前記直列共振回路の抵抗Ｒ
に供給される前記インバータの出力電力P0の対ω特性図
である。なお該出力電力P0は下記の式（１）の如く決定
される。
共振回路のベクトル量インピーダンスの絶対値｜｜
の対ω特性図、図（ロ）はV01＞V02の関係にある２組の
前記電圧V0を前記のインピーダンスで除して得られた
電流の絶対値をそれぞれ実線と点線とで示した前記電流
I0の対ω特性図、図（ハ）は前記インピーダンスの位
相角γの対ω特性図、図（ニ）は該位相角γの余弦cos
γの対ω特性図、図（ホ）は前記直列共振回路の抵抗Ｒ
に供給される前記インバータの出力電力P0の対ω特性図
である。なお該出力電力P0は下記の式（１）の如く決定
される。
P0＝0.9V0・I0・cosγ ……（１） 但し式（１）における係数0.9は、前記第４図に示す
如き矩形波電圧V0中の基本波電圧分に対する換算係数で
ある。
如き矩形波電圧V0中の基本波電圧分に対する換算係数で
ある。
今、前記直列共振回路の共振角周波数をωｒ（ωr2LC
＝１）とすれば、上記式（１）及び第６図（ロ）に示す
関係I0＝｜｜＝|V0/｜に従い第６図各図に示す如
く、ω→ωｒの変化状態においては、｜｜→Ｒ（減
少）,I0→V0/R（増大），γ→Ｏ（減少）,cosγ→１
（増大）,P0→V0 2/R（増大）の如く変化する。
＝１）とすれば、上記式（１）及び第６図（ロ）に示す
関係I0＝｜｜＝|V0/｜に従い第６図各図に示す如
く、ω→ωｒの変化状態においては、｜｜→Ｒ（減
少）,I0→V0/R（増大），γ→Ｏ（減少）,cosγ→１
（増大）,P0→V0 2/R（増大）の如く変化する。
一方、前記の如き直列共振回路を負荷とするインバー
タの正常な運転のために、該インバータの主回路スイッ
チング素子の電流容量上の制約からその出力電流I0の上
限値が規定され、また前記スイッチング素子のスイッチ
ング動作時のターンオフタイム確保上の制約からその出
力電流・電圧間の位相角γの下限値が規定される。前記
第６図の図（ロ）と図（ハ）とに示すIsuとγsdとはそ
れぞれ前記出力電流I0の上限電流設定値と前記位相角γ
の下限位相角設定値とである。なお前記設定値Isuは前
記第５図に示す前記電流I0の運転域上限値Iou以下に設
定される。また前記各設定値γsdとIsuとに対応する角
周波数ωが前記第６図に示すω１とω21,ω22の如く定
まるが、該各ωの大小関係は必ずしも固定的なものでは
なく前記インバータの入力直流電圧の変動或いは前記被
加熱物の状態変化による前記リアクタンスＬの変化に伴
って変動することがある。
タの正常な運転のために、該インバータの主回路スイッ
チング素子の電流容量上の制約からその出力電流I0の上
限値が規定され、また前記スイッチング素子のスイッチ
ング動作時のターンオフタイム確保上の制約からその出
力電流・電圧間の位相角γの下限値が規定される。前記
第６図の図（ロ）と図（ハ）とに示すIsuとγsdとはそ
れぞれ前記出力電流I0の上限電流設定値と前記位相角γ
の下限位相角設定値とである。なお前記設定値Isuは前
記第５図に示す前記電流I0の運転域上限値Iou以下に設
定される。また前記各設定値γsdとIsuとに対応する角
周波数ωが前記第６図に示すω１とω21,ω22の如く定
まるが、該各ωの大小関係は必ずしも固定的なものでは
なく前記インバータの入力直流電圧の変動或いは前記被
加熱物の状態変化による前記リアクタンスＬの変化に伴
って変動することがある。
また前記の如き直列共振回路を負荷とするインバータ
の種々の制御において、その調整回路に対する入力信号
を前記の位相角γ或いは電力P0等の何れに選択しても最
終的に前記インバータのスイッチング素子に対するスイ
ッチング指令はその導通巾指令と出力周波数指令とであ
り、従って前記インバータ制御における周波数可変域の
下限値を前記角周波数ω1,ω21,ω22中の最大のものよ
り小となすことはできず、逆に該最大の角周波数以上に
おいてその周波数可変域を設定する限りにおいて前記イ
ンバータはその起動時を含め種々の周波数制御が可能と
なる。
の種々の制御において、その調整回路に対する入力信号
を前記の位相角γ或いは電力P0等の何れに選択しても最
終的に前記インバータのスイッチング素子に対するスイ
ッチング指令はその導通巾指令と出力周波数指令とであ
り、従って前記インバータ制御における周波数可変域の
下限値を前記角周波数ω1,ω21,ω22中の最大のものよ
り小となすことはできず、逆に該最大の角周波数以上に
おいてその周波数可変域を設定する限りにおいて前記イ
ンバータはその起動時を含め種々の周波数制御が可能と
なる。
本発明は、上記に従い、その共振特性が事前に正確に
把握できていない場合を含めた種々の直列共振回路を負
荷とするインバータの起動から定常電力制御に至る一連
の動作の自動制御に関するものであり、時間的に適当に
プログラムされた周波数低減指令を出力する周波数演算
回路の出力により前記第６図（ホ）に示す所定の電力設
定値Posに対応する角周波数ω３より適当に大なる周波
数にて前記インバータを起動すると共に以後自動的にそ
の出力周波数を低減させ、前記インバータの出力電力が
前記設定値Posに至れば信号選択回路により該インバー
タに対する指令信号を前記周波数演算回路の出力より電
力調節回路の出力へ自動的に切換え、以後該電力調節回
路による出力電力制御を行うものである。今、前記角周
波数ω1,ω21,ω22の大小関係が前記第６図（ホ）の如
くでありω21が最大であるとし、もし、前記ω３が該ω
21より小であれば、前記の如きインバータの起動から電
力制御への自動移行はできず、前記インバータはその出
力電流I0が前記上限設定値Isuを超過せぬように前記角
周波数ω21またはその近辺における運転を前記Posが適
当に修正されるまで継続する。この関係は前記位相下限
設定値γsdと角周波数ω１及びω３とに関しても同様で
ある。
把握できていない場合を含めた種々の直列共振回路を負
荷とするインバータの起動から定常電力制御に至る一連
の動作の自動制御に関するものであり、時間的に適当に
プログラムされた周波数低減指令を出力する周波数演算
回路の出力により前記第６図（ホ）に示す所定の電力設
定値Posに対応する角周波数ω３より適当に大なる周波
数にて前記インバータを起動すると共に以後自動的にそ
の出力周波数を低減させ、前記インバータの出力電力が
前記設定値Posに至れば信号選択回路により該インバー
タに対する指令信号を前記周波数演算回路の出力より電
力調節回路の出力へ自動的に切換え、以後該電力調節回
路による出力電力制御を行うものである。今、前記角周
波数ω1,ω21,ω22の大小関係が前記第６図（ホ）の如
くでありω21が最大であるとし、もし、前記ω３が該ω
21より小であれば、前記の如きインバータの起動から電
力制御への自動移行はできず、前記インバータはその出
力電流I0が前記上限設定値Isuを超過せぬように前記角
周波数ω21またはその近辺における運転を前記Posが適
当に修正されるまで継続する。この関係は前記位相下限
設定値γsdと角周波数ω１及びω３とに関しても同様で
ある。
以下この発明の実施例を第１図に示す回路図により説
明する。
明する。
第１図において、１は整流器、２は平滑コンデンサ、
３は逆並列されたダイオードを有するフルブリッジ形ト
ランジスタインバータ部、BDUはトランジスタのベース
駆動ユニット、４は共振コンデンサ、５は誘導加熱コイ
ル、CT1とCT2とは商用周波変流器、CT3は高周波変流器
であり、以上がトランジスタインバータ式誘導加熱装置
の主回路を構成する。
３は逆並列されたダイオードを有するフルブリッジ形ト
ランジスタインバータ部、BDUはトランジスタのベース
駆動ユニット、４は共振コンデンサ、５は誘導加熱コイ
ル、CT1とCT2とは商用周波変流器、CT3は高周波変流器
であり、以上がトランジスタインバータ式誘導加熱装置
の主回路を構成する。
次に10は前記両変流器CT1とCT2とからのインバータ入
力側交流電流検出信号を受けこれを適当な信号レベルに
変換出力する入力電流検出器、11は前記平滑コンデンサ
２の端子電圧すなわちインバータ入力直流電圧を受けこ
れを適当な信号レベルに変換出力する入力電圧検出器、
12は前記入力電流検出器10と入力電圧検出器11との出力
信号を受け適当な信号レベルのインバータ入力電力検出
信号Ｐを出力する電力演算器である。なお前記インバー
タ部３における電力損失が小であればその入出力電力が
等しいものとみなしても実用上支障はない。
力側交流電流検出信号を受けこれを適当な信号レベルに
変換出力する入力電流検出器、11は前記平滑コンデンサ
２の端子電圧すなわちインバータ入力直流電圧を受けこ
れを適当な信号レベルに変換出力する入力電圧検出器、
12は前記入力電流検出器10と入力電圧検出器11との出力
信号を受け適当な信号レベルのインバータ入力電力検出
信号Ｐを出力する電力演算器である。なお前記インバー
タ部３における電力損失が小であればその入出力電力が
等しいものとみなしても実用上支障はない。
また６は電力設定値信号Psを作成する電力設定器、AD
Dは前記両信号ＰとPsとの偏差ΔＰ（ΔＰ＝Ps−Ｐ）を
演算する演算器、13は前記電力偏差ΔＰを入力とし量的
及び時間的に適当に調整された制御信号を出力する電力
調節器、14は起動時周波数演算回路であり前記第６図に
示す角周波数ω３に対応する周波数f3より適当に高い値
の起動周波数設定値より同図の共振角周波数ωｒに対応
する周波数frに向けて適当な時間勾配にて低減するイン
バータ出力周波数指令信号を出力するプログラムを有
し、起動指令接点７の閉路時に印加される起動指令信号
S0を受け前記のプログラムされた出力周波指令信号を出
力するものである。15は信号選択回路であって前記電力
偏差ΔＰが零となった時点従って前記インバータの出力
周波数が前記f3に至った時点においてその出力信号を前
記起動時周波数演算回路14の出力信号より前記電力調節
器13の出力信号に切換えるものであり、例えば該両要素
13と14とに対しそれぞれの出力動作の停止を指令するゼ
ロホールド信号の解除と印加とを行うことによりその通
過信号の選択を行うものである。16はV/F（電圧／周波
数）変換器であり前記信号選択回路15の電圧状出力信号
をインバータ内部制御回路での演算に適した形態の周波
数信号に変換するものである。なお該V/F16は出力電流
検出・比較器17或いは位相検出・比較器18の出力信号を
受け前記インバータ出力周波数の低減方向に対する周波
数変換動作を停止する。ここに前記出力電流検出・比較
器17はインバータ出力電流を検出する高周波変流器CT3
の検出信号I0を受けこれを適当な信号レベルに変換する
と共にその値が前記第６図の図（ロ）に示す上限電流設
定値Isuより大となった時点において出力信号を発する
ものであり、また前記位相検出・比較器18はインバータ
出力電圧検出信号V0と前記信号I0とを受け該両信号V0と
I0間の位相角γを演算検出すると共にその値が前記第６
図の図（ハ）に示す下限位相角設定値より小となった時
点において出力信号を発するものである。次に19のPWM
演算・パルス分配器は前記V/F16の出力信号を入力とし
インバータ動作に対するPWM演算を行うと共にその結果
を所定の位相差を有する指令信号として前記インバータ
部３の各ベース駆動ユニットBDUに分配指令するもので
ある。また20の保護回路は例えばインバータ入力直流電
圧とインバータ出力電流それぞれの演出信号を入力とし
該両入力の何れかがその所定値を超過した場合に信号を
発し前記の起動周波数演算回路14とPWM演算・パルス分
配器19の動作停止によるインバータ運転の停止を指令す
るものである。
Dは前記両信号ＰとPsとの偏差ΔＰ（ΔＰ＝Ps−Ｐ）を
演算する演算器、13は前記電力偏差ΔＰを入力とし量的
及び時間的に適当に調整された制御信号を出力する電力
調節器、14は起動時周波数演算回路であり前記第６図に
示す角周波数ω３に対応する周波数f3より適当に高い値
の起動周波数設定値より同図の共振角周波数ωｒに対応
する周波数frに向けて適当な時間勾配にて低減するイン
バータ出力周波数指令信号を出力するプログラムを有
し、起動指令接点７の閉路時に印加される起動指令信号
S0を受け前記のプログラムされた出力周波指令信号を出
力するものである。15は信号選択回路であって前記電力
偏差ΔＰが零となった時点従って前記インバータの出力
周波数が前記f3に至った時点においてその出力信号を前
記起動時周波数演算回路14の出力信号より前記電力調節
器13の出力信号に切換えるものであり、例えば該両要素
13と14とに対しそれぞれの出力動作の停止を指令するゼ
ロホールド信号の解除と印加とを行うことによりその通
過信号の選択を行うものである。16はV/F（電圧／周波
数）変換器であり前記信号選択回路15の電圧状出力信号
をインバータ内部制御回路での演算に適した形態の周波
数信号に変換するものである。なお該V/F16は出力電流
検出・比較器17或いは位相検出・比較器18の出力信号を
受け前記インバータ出力周波数の低減方向に対する周波
数変換動作を停止する。ここに前記出力電流検出・比較
器17はインバータ出力電流を検出する高周波変流器CT3
の検出信号I0を受けこれを適当な信号レベルに変換する
と共にその値が前記第６図の図（ロ）に示す上限電流設
定値Isuより大となった時点において出力信号を発する
ものであり、また前記位相検出・比較器18はインバータ
出力電圧検出信号V0と前記信号I0とを受け該両信号V0と
I0間の位相角γを演算検出すると共にその値が前記第６
図の図（ハ）に示す下限位相角設定値より小となった時
点において出力信号を発するものである。次に19のPWM
演算・パルス分配器は前記V/F16の出力信号を入力とし
インバータ動作に対するPWM演算を行うと共にその結果
を所定の位相差を有する指令信号として前記インバータ
部３の各ベース駆動ユニットBDUに分配指令するもので
ある。また20の保護回路は例えばインバータ入力直流電
圧とインバータ出力電流それぞれの演出信号を入力とし
該両入力の何れかがその所定値を超過した場合に信号を
発し前記の起動周波数演算回路14とPWM演算・パルス分
配器19の動作停止によるインバータ運転の停止を指令す
るものである。
上記の如き回路構成をなすトランジスタインバータ式
誘導加熱装置は、起動指令と共にその負荷共振周波数よ
り適当に高い周波数に起動し、以後自動的な出力周波数
低減動作の後に所定の電力設定値による定電力制御に移
行し、またもし該定電力制御への移行前にインバータ出
力電流または位相角の何れかがその制限値に至ればイン
バータは該制限値に対応する負荷共振特性上の周波数に
おける運転を継続待機することになる。またもし前記負
荷共振特性上の前記出力電流制限値と位相角制限値とに
それぞれ対応する周波数の大小関係が事前に明確であれ
ばその大なる方の周波数に対応する制限値のみによる前
記の如き継続待機運転が可能となり前記の出力電流と位
相角とによるインバータ出力周波数制限制御の何れか一
方は不要となる。
誘導加熱装置は、起動指令と共にその負荷共振周波数よ
り適当に高い周波数に起動し、以後自動的な出力周波数
低減動作の後に所定の電力設定値による定電力制御に移
行し、またもし該定電力制御への移行前にインバータ出
力電流または位相角の何れかがその制限値に至ればイン
バータは該制限値に対応する負荷共振特性上の周波数に
おける運転を継続待機することになる。またもし前記負
荷共振特性上の前記出力電流制限値と位相角制限値とに
それぞれ対応する周波数の大小関係が事前に明確であれ
ばその大なる方の周波数に対応する制限値のみによる前
記の如き継続待機運転が可能となり前記の出力電流と位
相角とによるインバータ出力周波数制限制御の何れか一
方は不要となる。
本発明によれば、誘導加熱コイルと該コイルに直列に
接続されたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷と
する誘導加熱用トランジスタ式インバータにおいて、該
インバータを前記負荷の共振周波数より適当に高い周波
数にて起動させると共に該共振周波数に向って適当な時
間プログラムに従った自動的な周波数低減制御を行い、
且つ該周波数低減制御途上において所定の設定電力によ
る定電力制御に自動移行させ、またもし該自動移行以前
において前記インバータの出力電流上限または位相角下
限の制限設定値の何れかに至れば該制限設定値に対応す
る前記負荷の共振特性上の周波数を上限とする周波数制
限運転を継続させることにより、その共振特性の事前の
正確な把握の困難な誘導加熱コイル負荷回路に対しても
安全なインバータ起動と電力制御への円滑な自動移行が
可能となると共にインバータ運転に関する諸定数設定作
業の簡易化を図ることができ、更には誘導加熱コイルの
種別による種々の特性の負荷回路と前記インバータとの
組合せ選択を容易となすことができる。
接続されたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷と
する誘導加熱用トランジスタ式インバータにおいて、該
インバータを前記負荷の共振周波数より適当に高い周波
数にて起動させると共に該共振周波数に向って適当な時
間プログラムに従った自動的な周波数低減制御を行い、
且つ該周波数低減制御途上において所定の設定電力によ
る定電力制御に自動移行させ、またもし該自動移行以前
において前記インバータの出力電流上限または位相角下
限の制限設定値の何れかに至れば該制限設定値に対応す
る前記負荷の共振特性上の周波数を上限とする周波数制
限運転を継続させることにより、その共振特性の事前の
正確な把握の困難な誘導加熱コイル負荷回路に対しても
安全なインバータ起動と電力制御への円滑な自動移行が
可能となると共にインバータ運転に関する諸定数設定作
業の簡易化を図ることができ、更には誘導加熱コイルの
種別による種々の特性の負荷回路と前記インバータとの
組合せ選択を容易となすことができる。
第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図はインバ
ータ主回路図、第３図は負荷直列共振回路の回路図とそ
のベクトル図、第４図はインバータの出力電圧と出力電
流との動作波形図、第５図はインバータ出力電圧の対出
力電流特性図、第６図は第１図回路各部諸量の対周波数
特性図である。 １……整流器、２……平滑コンデンサ、3,3a……インバ
ータ部、4,4a……共振コンデンサ、５……誘導加熱コイ
ル、６……電力設定器、７……起動指令接点、８……制
御回路、10……入力電流検出器、11……入力電圧検出
器、12……電力演算器、13……電力調節器、14……起動
時周波数演算回路、15……信号選択回路、16……V/F
（電圧／周波数変換器）、17……出力電流検出・比較
器、18……位相検出・比較器、19……PWM演算・パルス
分配器、20……保護回路、BDU……トランジスタベース
駆動ユニット、CT1,CT2……商用周波変流器、CT3……高
周波変流器。
ータ主回路図、第３図は負荷直列共振回路の回路図とそ
のベクトル図、第４図はインバータの出力電圧と出力電
流との動作波形図、第５図はインバータ出力電圧の対出
力電流特性図、第６図は第１図回路各部諸量の対周波数
特性図である。 １……整流器、２……平滑コンデンサ、3,3a……インバ
ータ部、4,4a……共振コンデンサ、５……誘導加熱コイ
ル、６……電力設定器、７……起動指令接点、８……制
御回路、10……入力電流検出器、11……入力電圧検出
器、12……電力演算器、13……電力調節器、14……起動
時周波数演算回路、15……信号選択回路、16……V/F
（電圧／周波数変換器）、17……出力電流検出・比較
器、18……位相検出・比較器、19……PWM演算・パルス
分配器、20……保護回路、BDU……トランジスタベース
駆動ユニット、CT1,CT2……商用周波変流器、CT3……高
周波変流器。
Claims (3)
- 【請求項１】誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続さ
れたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする誘
導加熱用インバータにおいて、 出力可変発信器を有し時間的にプログラムされた値の周
波数指令を出力する周波数演算回路と、 前記インバータの出力電流が上限電流設定値以上となっ
た状態にて出力を発する電流比較器と、 前記インバータの出力電力の設定値よりその実際値を差
引いた電力偏差を入力とし周波数指令を演算出力する電
力調節回路と、 該電力調節回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前
記電力偏差とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所
定値より大の状態では前記周波数演算回路の出力を選択
通過させ、また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記
所定値以下の状態では前記電力調節回路の出力を選択通
過させる信号選択回路とを設け、 前記インバータの起動時における出力周波数を前記周波
数演算回路の出力する周波数指令に従い前記直列共振回
路の共振周波数よりも高く設定された起動周波数から共
振周波数に向かって低減制御すると共に、この低減制御
時にインバータ出力電流が上限電流設定値以上となれば
前記インバータ出力周波数の低減制御を停止し、以降前
記出力電流が上限電流設定値を超過せぬようにインバー
タの出力周波数制御を行い、 前記インバータ出力周波数の低減制御途上においてイン
バータ出力電流が上限電流設定値に達するまでに前記信
号選択回路が前記電力調節回路の出力を選択通過させれ
ばインバータの出力周波数の低減制御から前記電力調節
回路によるインバータの出力電力制御に移行させること
を特徴とする誘導加熱用インバータの制御方法。 - 【請求項２】誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続さ
れたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする誘
導加熱用インバータにおいて、 出力可変発振器を有し時間的にプログラムされた値の周
波数指令を出力する周波数演算回路と、 前記インバータの出力電圧と出力電流とのなす位相角が
下限位相角設定値以下となった状態にて出力を発する位
相比較器と、 前記インバータの出力電力の設定値よりその実際値を差
引いた電力偏差を入力とし周波数指令を演算出力する電
力調節回路と、 該電力調節回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前
記電力偏差とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所
定値より大の状態では前記周波数演算回路の出力を選択
通過させ、また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記
所定値以下の状態では前記電力調節回路の出力を選択通
過させる信号選択回路とを設け、 前記インバータの起動時における出力周波数を前記周波
数演算回路の出力する周波数指令に従い前記直列共振回
路の共振周波数よりも高く設定された起動周波数から共
振周波数に向かって低減制御すると共に、この低減制御
時に前記位相角が下限位相角設定値以下となれば前記イ
ンバータ出力周波数の低減制御を停止し、以降前記位相
角が下限位相角設定値以下とならぬようにインバータの
出力周波数制御を行い、 前記インバータ出力周波数の低減制御途上において前記
位相角が下限位相角設定値に達するまでに前記信号選択
回路が前記電力調節回路の出力を選択通過させればイン
バータの出力周波数の低減制御から前記電力調節回路に
よるインバータの出力電力制御に移行させることを特徴
とする誘導加熱用インバータの制御方法。 - 【請求項３】誘導加熱コイルと該コイルに直列に接続さ
れたコンデンサとから成る直列共振回路を負荷とする誘
導加熱用インバータにおいて、 出力可変発信器を有し時間的にプログラムされた値の周
波数指令を出力する周波数演算回路と、 前記インバータの出力電流が上限電流設定値以上となっ
た状態にて出力を発する電流比較器と、 前記インバータの出力電圧と出力電流とのなす位相角が
下限位相角設定値以下となった状態にて出力を発する位
相比較器と、 前記インバータの出力電力の設定値よりその実際値を差
引いた電力偏差を入力とし周波数指令を演算出力する電
力調節回路と、 該電力調節回路の出力と前記周波数演算回路の出力と前
記電力偏差とを入力とし、該電力偏差が正極性でかつ所
定値より大の状態では前記周波数演算回路の出力を選択
通過させ、また該電力偏差が正或いは負極性でかつ前記
所定値以下の状態では前記電力調節回路の出力を選択通
過させる信号選択回路とを設け、 前記インバータの起動時における出力周波数を前記周波
数演算回路の出力する周波数指令に従い前記直列共振回
路の共振周波数よりも高く設定された起動周波数から共
振周波数に向かって低減制御すると共に、この低減制御
時に前記電流比較器と位相比較器とのいずれか一方が先
行動作すれば前記インバータ出力周波数の低減制御を停
止し、以降前記先行動作した比較器の入力信号が設定値
を超過せぬようにインバータの出力周波数制御を行い、 前記インバータ出力周波数の低減制御途上において前記
電流比較器或いは位相比較器が動作するまでに前記信号
選択回路が前記電力調節回路の出力を選択通過させれば
インバータの出力周波数の低減制御から前記電力調節回
路によるインバータの出力電力制御に移行させることを
特徴とする誘導加熱用インバータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1330203A JP2684798B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 誘導加熱用インバータの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1330203A JP2684798B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 誘導加熱用インバータの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03190082A JPH03190082A (ja) | 1991-08-20 |
| JP2684798B2 true JP2684798B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=18229993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1330203A Expired - Lifetime JP2684798B2 (ja) | 1989-12-20 | 1989-12-20 | 誘導加熱用インバータの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2684798B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2718318B1 (fr) * | 1994-03-31 | 1996-11-29 | Moulinex Sa | Dispositif de commande et de contrôle automatiques de puissance pour un appareil de chauffage par induction et procédé de mise en Óoeuvre de ce dispositif. |
| DE102005042615A1 (de) * | 2005-09-07 | 2007-03-08 | Franz Haimer Maschinenbau Kg | Schaltung, Schrumpfbefestigung und Verfahren zur Regelung |
| JP5135817B2 (ja) * | 2007-02-13 | 2013-02-06 | コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 | 定着装置 |
| JP5708988B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2015-04-30 | 株式会社ダイヘン | 高周波電源装置 |
| JP5231614B2 (ja) * | 2011-09-20 | 2013-07-10 | 北芝電機株式会社 | 誘導溶解炉の制御装置 |
| JP6483399B2 (ja) | 2014-10-23 | 2019-03-13 | エイチピー プリンティング コリア カンパニー リミテッド | 誘導加熱方式画像定着装置及び誘導加熱方式画像定着装置駆動プログラム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3718852A (en) * | 1971-07-14 | 1973-02-27 | Gen Electric | Phase angle regulator for high frequency inverter |
| JPS56132792A (en) * | 1980-03-19 | 1981-10-17 | Sanyo Electric Co | Induction heating cooking device |
| JPS62287590A (ja) * | 1986-06-06 | 1987-12-14 | 株式会社 吉田製作所 | 高周波誘導加熱装置 |
-
1989
- 1989-12-20 JP JP1330203A patent/JP2684798B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03190082A (ja) | 1991-08-20 |
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